usb

USB 是通用串行总线Universal Serial Bus是一种用于规范电脑、移动设备等与外部设备连接和通讯的接口技术标准。

USB 自 1995 年诞生以来不断发展版本不断更新。最初的 USB 1.0 标准已不再被广泛提及现在常见的有 USB 2.0、USB 3.0 等版本。

USB 2.0 包括低速、全速和高速速率分别为 1.5Mbps、12Mbps 和 480Mbps。

USB 3.0 之后的版本命名较为复杂如 USB 3.2 GEN 1 传输速率为 5GbpsUSB 3.2 GEN 2 为 10GbpsUSB 3.2 GEN 2*2 为 20Gbps。

USB 接口类型多样如 TypeA、TypeB、TypeC 等。TypeA 常见于个人电脑TypeC 则更加纤薄传输速度快电力传输强还支持正反插。

USB 设备接入主机时主机通过 D+、D线路上电压、电阻变化检测接入情况并识别设备类型。

USB 支持多种传输方式包括控制传输、批量传输、中断传输和同步传输。在数据传输方面USB 确定了多种传输速率且传输需要软件、驱动程序和硬件配合。

USB 还具备供电能力从提供有限电源发展到 USB PD 规范支持多种电源模式。其总线特点为主从模式主机发起通信部分版本支持与集线器通信及主从切换。总线结构呈树状拓扑由 USB Host 控制器和根集线器为基础节点扩展。电气特性体现在端口驱动电路、传输电平、编码结构等方面。

USB 优点众多如提供标准连接类型、支持热插拔、供电灵活、传输速率范围广、支持多种传输类型、扩展性好。

USB 2.0 是一种应用在计算机领域的接口技术具有一些特点和优势。

它的传输速度可达 480Mbps实际传输速度约 30 40MB/s。速度分类上有低速、全速和高速比如低速为 1.5Mb/s全速为 12Mb/s高速为 480Mb/s。

设备检测方面外围设备会通过拉高 D+或 D告知主机设备插入。总线电流在完全配置前允许最大 100mA完全配置后最大 500mA。

在枚举过程中设备插入主机后主机获取设备信息、设置设备地址。设备通过描述符存放信息包括设备描述符、字符串描述符、端点描述符、接口描述符和配置描述符等。

传输类型在端点描述符中指定比如鼠标、音频、U盘等。帧和调度方面低速和全速设备帧周期为 1 毫秒以 SOF 包开始高速设备帧周期包含 8 个微帧每个微帧持续 125 微秒。事务以传输 10KB 数据块为例会被分到多个事务中传输一个事务包含令牌包、数据包和握手包。包有分类根据 PID 区分不同类型包有不同特点。主机和设备都可用 ACK 确认NAK、STALL、NYET 只有设备能返回。PING 令牌包只在 USB 2.0 高速环境中用于批量和控制传输的输出事务能提高总线带宽利用率。

USB 2.0 虽然传输速度比不上 USB 3.0但它在一些场景仍有存在价值。比如在 2021 年流行的主板上USB 2.0 接口数量比 USB 3.0 还多因为它能满足常规的 USB 有线/无线键盘、鼠标、麦克风、音箱、摄像头等设备的需求传输 2GB 的 1080P 高清电影只需 1 分钟左右。而且它经过近 20 年发展兼容性极佳安装操作系统或对接设备几乎不会有兼容性问题。