总线接口与计算机通信（四）USB外部总线（初级认识）

USB简介  

USB是英文Universal Serial BUS（通用串行总线）的缩写，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯，是应用在PC领域的接口技术。USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能。

USB的电气特性

USB连接器包含四条线：2条用于电源供电(VBUS和GND)，2条用于USB数据传输(D+和D-)。VBUS提供5V电源，电流可达500mA。D+和D-为双向信号线，信号传输速率为12Mbps(每位83ns)。D+和D-信号电平为3.3V 

USB的特点 

1）USB为所有的USB外设提供了单一的易于使用的标准的连接类型。这样一来就简化了USB 外设的设计，实现了单一的数据通用接口。USB的端口具有很灵活的扩展性，一个USB端口串接上一个USBHub就可以扩展为多个USB端口。整个的USB的系统只有一个端口和一个中断节省了系统资源。

2） USB支持热插拔(hot plug)和PNP(Plug-and-Play)，也就是说在不关闭PC 的情况下可 以安全的插上和断开USB设备。

3）USB在设备供电方面提供了灵活性。直接连接到Hub，或者是连接到Host的设备可以通过USB，也可以通过电池或者其它的电力设备来供电，或使用两种供电方式的组合并且支持节约能源的挂机和唤醒模式。 

5）USB传输速率适应各种不同类型的外设，提供全速12Mbps的速率和低速1.5Mbps的速率， USB2.0还支持480Mbps的高速传输速率。（现在usb3.0了，usb1.1不再考虑）

6）为了适应各种不同类型外围设备的要求，USB提供了四种不同的数据传输类型：控制传输，Bulk数据传输，中断数据传输和同步数据传输，同步数据传输可为音频和视频等实时设备的实时数据传输提供固定带宽。

USB四种的传输方式：

• 控制(Control)传输

控制传输是双向传输数据，主要进行查询配置和给USB设备发送通用的命令。控制传输方式可以包括8,16,32和64字节的数据，这依赖于设备和传输速度。控制传输典型地用在主计算机和USB外设端点之间的传输。

• 同步(isochronous)传输

同步传输提供了确定的带宽和间隔时间，它被用于时间严格并具有较强容错性的流数据传输，或者用于要求恒定的数据传输率的即时应用中，例如执行即时通话的网络电话，应用时使用同步传输模式是很好的选择。

• 中断(interrupt)传输

中断方式传输主要用于定时查询设备是否有中断数据要传输。设备的端点模式器的结构决定了它的查询频率从1到255ms之间。这种传输方式典型的应用在少量的分散的不可预测数据的传输，键盘、操纵杆和鼠标就属于这一类型。

• 批量(bulk)传输

主要应用在数据大量传输，而传输和接受数据上又没有带宽和间隔时间要求。打印机和扫描仪属于这种类型。

USB的拓朴结构

1） USB的网络协议中每个USB的系统有且只有一个host它负责管理整个USB系统，包括USB Device的连接与删除、与USB Device的通信、总路线的控制等等

2） Host端有一个Root Hub，可提供一个或多个USB下行端口，每个端口可以连接一个USB Hub或一个USB Device

3） USB Hub是用于USB端口扩展的，即USB Hub可以将一个USB端口扩展为多个端口。 上图中的每个Func(Function)就是一个USB Device，如USB键盘、USB鼠标、USB MODEM、USB硬盘等等

4） Compound Device是指带一个Hub和一个或多个不可删除的USB Device的复合设备 

5） 一个USB系统可连接多达127个Function

USB 的设备类型(device class) 

虽然USB设备都会表现USB的一些基本的特征，但是USB的设备还是可以分成多个不同类型。同类型的设备可以拥有一些共同的行为特征和工作协议从而使设备的驱动程序的书写变得简单一些。下表中就给出一些基本的USB的设备类型分类

引用：

1. 常见接口电路介绍 <http://wenku.baidu.com/link?url=rPXAWPV1DLttBOy6O2-8g4jq2VZBnv4v70bCixoCU6l2I6Yuc9reQ-I99_njImH1tVKolXSkpUCmL65Bx2-yeLMNzXTBNd-cjf2OV60mwBK>