USB学习笔记——认识USB

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了USB学习笔记——认识USB相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

USB是嵌入式开发中比较常用的一种通信协议,学习IIC、SPI、UART、USB等通信协议是很有必要的,我们常用的鼠标、键盘等都是USB设备,平时只是使用这些设备,但是并不知道他们是怎么实现的,下面记录我的USB学习笔记。

一、USB的组成

USB实际上就是由四根线组成的分别是两根供电,两根差分传输数据的,如下图。USB的结构决定了他的一些特性,比如热拔插等,实现的原理就是传输数据的两根线短于他的供电线,USB拔出后数据传输先终止,再停止供电。

USB使用差分传输模式,有两条数据线,分别是:

  • USB数据正信号线,USB Data Positive,即USB-DP线,简写为D+
  • USB数据负信号线,USB Data Minus, 即USB-DM线,简写为D-

剩下的就是电源线(5V-Vbus)和地线(GND)。

二、USB的类别

USB日常见得USB接口有很多种,但是实际上只有A、B、C三种,他们是根据不同设备而产生的的,还可以更细区分比如有mini头的、micro头的,分类大致可以如下图展示。

三、USB标准规范

了解一下USB的规范也是很有帮助的,USB总成是通用串行总线,使得计算机上添加串行设备十分容易,将设别插入计算机USB端口中,系统就可以自动识别和配置。需要注意的是USB3.0的规范引入的全双工数据传输,5根线两根传输数据两根发送数据,一根GND,此时就可以同步全速的进行读写操作了。下面找了个表可以明确的表示USB规范发展的历程。

USB版本

最大传输速率

速率称号

最大输出电流

推出时间

USB1.0

1.5Mbps(192KB/s)

低速(Low-Speed)

5V/500mA

1996年1月

USB1.1

12Mbps(1.5MB/s)

全速(Full-Speed)

5V/500mA

1998年9月

USB2.0

480Mbps(60MB/s)

高速(High-Speed)

5V/500mA

2000年4月

USB3.0

5Gbps(500MB/s)

超高速(Super-Speed)

5V/900mA

2008年11月

USB 3.1

10Gbps(1280MB/s)

超高速+(Super-speed+)

20V/5A

2013年12月

四、USB系统的结构

USB系统是由三个逻辑层组成:功能层、USB设备层、USB总线接口层,并且每一层都是由主机和USB设备不同的功能模块组成如下图所示:
 

 1、功能层

        功能层是由客户软件和设备方的功能单元组成,其能够实现USB设备传输的特定功能,通过功能层可以直观的理解USB传输的数据内容。功能单元对于客户软件,可视为接口的集合

2、USB设备层

        USB设备层由USB系统软件和USB设备的USB逻辑设备组成,实现主机与USB设备之间传输的具体配置,USB逻辑设备对于USB系统软件可以视为端点的集合。

3、USB总线接口层

        USB总线接口层是由主机的USB主控制器和设备的USB总线接口组成,实现了实际的数据传输。

4、主机部分:

        由客户软件、USB系统软件和USB总线接口组成客户软件负责和USB设备的功能单元进行通信,以实现特定的功能,客户软件与USB总线不能直接相连,客户软件包括USB设备驱动程序和界面应用程序两部分USB系统软件负责和USB逻辑设备进行配置通信,并管理客户软件启动的数据,一般包括USB总线驱动程序,USB主控制驱动程序和USB主机软件三个部分,由系统提供USB总线接口包括主控制器跟集线器两部分,其中主控制器是负责完成主机和USB设备间的数据实际传输

5、设备部分

        USB设备部分由三个功能模块组成,分别是USB总线接口、USB逻辑设备、功能单元。 功能单元看作是一个接口的集合;USB 逻辑设备被USB系统软件看作一个端点的集合USB总线接口是USB设备中的串行接口引擎(SIE)。、

五、常见术语介绍

1、设备

        设备代表USB设备,它由一个或多个配置组成,设备描述符用于说明设备的总体信息,并指出其所包含配置的个数。

2、配置

        使用USB设备前,必须为其选择一个合适的配置,如USB高消耗、低消耗模式分别对应一个配置,配置描述符用于说明USB设备中各个配置的特性

3、接口

        一个接口可以包含一个或多个接口,接口就是一个端点的集合接口描述符用于说明USB设备中各个接口的特性

4、端点

        端点是USB设备中实际物理单元,USB传输就是在主机和USB设备各个端点之间进行的。

5、管道

         管道,是主机软件(数据缓冲区)和USB设备的各个端点之间的数据传输链接,它是两者之间通信流的抽象。然而,实际的数据传输是由USB总线接口层来完成的管道和USB设备中的端点一一对应,并且各个管道的数据传输是相互独立的

六、总结

这些基础很重要,掌握基础才能真正学懂,后面介绍USB数据传输和枚举的过程。

以上是关于USB学习笔记——认识USB的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

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