USB学习笔记——认识USB

Posted 2022-11-30 新时代城市农民工

tags:

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）。、