USB??

Shanghai R&D centre USB 技术介绍 技术资料，概不外传

USB 技术介绍

USB的英文全称是Universal Serial Bus 直接翻成中文是“通用串行总线”。USB的出现主要是为了解决主机与计算机外围设备之间的连接。目前在我们的计算机上，不同的外围设备需要使用不同的接口来连接计算机，如鼠标和键盘使用PS/2接口，打印机使用并行接口，MODEM使用串行接口，而游戏杆又要使用Game Port等等。这么多烦琐的接口是否让你感觉心烦呢，现在有了USB，这一切都将成为过去。

在谈论USB技术之前，不妨让我们来看看外设接口技术的发展历程。多年来个人计算机的串口与并口的功能和结构并没有什么变化。串口的出现是在1980年前后，数据传输率是115kbps～230kbps，串口一般用来连接鼠标和外置Modem；并口的数据传输率比串口快8倍，标准并口的数据传输率为1Mbps，一般用来连接打印机、扫描仪等。原则上每一个外设必须插在一个接口上，如果所有的接口均被用上了就只能通过添加插卡来追加接口了。串并口不仅速度有限，而且在使用上很不方便。

1994年，Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、Northern Telecom等七家世界著名的计算机和通讯公司成立了USB论坛，花了近两年的时间形成了统一的意见，于1995年11月正式制定了USB0.9通用串行总线（Universal Serial Bus）规范，1997年开始有真正符合USB技术标准的外设出现。USB1.1是目前推出的在支持USB的计算机与外设上普遍采用的标准。

目前普遍采用的USB1.1主要应用在中低速外部设备上，它提供的传输速度有低速1.5Mbps和全速12Mbps两种，低速的USB带宽（1.5Mbps）支持低速设备，例如显示器、调制解调器、键盘、鼠标、扫描仪、打印机、光驱、磁带机、软驱等。全速的USB带宽（12Mbps）将支持大范围的多媒体设备。使用了USB作为这些外围设备的接口，在主板上就可以省略上述的这些烦琐的接口而统一使用USB接口。这样即使是对计算机相当陌生的用户也可以轻松的正确连接这些设备而不用担心接错。

1.1

USB的特点

USB的除了可以使用统一的接口来连接各种外围设备外还有其它许多鲜明的特点：

ABIT 上海技术研发中心 中国上海市仙霞路319号A幢16层

Shanghai R&D centre USB 技术介绍 技术资料，概不外传

 热插拔：提到USB的特点首先要提到的就是它支持热插拔的功能。USB的设备支持在开机的

状态下带电插拔。USB的接口采用了电源管脚比数据管脚长的做法，能确保USB设备能先接通电源然后收到数据信号，再加上其它一些保护措施的应用，使的USB可以实现实现在带电状态下的热插拔而不会损坏USB设备和主板。

 即插即用： USB设备单独使用自己的保留中断，不涉及IRQ冲突等问题，不会同其它设备争

用PC机有限的资源，避免了和其它设备的冲突。且为USB设计的驱动程序和应用软件可以自动启动，无需用户干预，这些特性加上热插拔的功能，使得USB设备即使在已经进入操作系统的情况下被接入主机仍能立刻被识别，使用。

 高带宽：USB1.1的带宽达到了12Mbps，相对于以前的串口，并口来说已经有了极大的提高，

虽然对于现在一些新兴的数码设备来说还是远远不够，但就整合鼠标，键盘，MODEO，打印机这些设备的接口来说已经绰绰有余。而且目前支持USB2.0的主板和外围设备正在普及，USB2.0的带宽可以达到480Mbps，已能满足当前主流应用。

 多设备连接：从理论上来说一个USB接口能支持多达127个USB设备。而且它本身的连接方

式也十分灵活，既可以使用串行连接也可以使用USB HUB来进行转接，每个外设的线缆可以长达5米，可以使连接更方便。同时，USB 控制器还能智能的识别USB总线上的设备，这样增加和减少总线上的设备都不会对其它USB设备造成影响。

 总线供电：USB总线能为USB设备提供5V的电压供其使用，在使用一些低压设备时可以不用

外接电源直接使用，这样不仅能降低设备的成本，在使用时也能更方便。当然，对于一些对电压要求比较高的设备还是需外接电源供电。

1.2 USB系统拓扑结构

一个USB系统包含三类硬件设备: USB主机(USB HOST)、 USB设备(USB DEVICE)、USB集线器(USB HUB)，如图1所示。

（1）USB HOST

ABIT 上海技术研发中心 中国上海市仙霞路319号A幢16层

Shanghai R&D centre USB 技术介绍 技术资料，概不外传

在一个USB系统中，当且仅当有一个USB HOST时，USB HOST有以下功能： ◇ 管理USB系统；

◇ 每毫秒产生一帧数据；

◇ 发送配置请求对USB设备进行配置操作； ◇ 对总线上的错误进行管理和恢复。 （2）USB DEVICE

在一个USB系统中，USB DEVICE和USB HUB总数不能超过127个。USB DEVICE接收USB总线上的所有数据包，通过数据包的地址域来判断是不是发给自己的数据包：若地址不符，则简单地丢弃该数据包；若地址相符，则通过响应USB HOST的数据包与USB HOST进 行数据传输。 （3）USB HUB

USB HUB用于设备扩展连接，所有USB DEVICE都连接在USB HUB的端口上。一个USB HOST总与一个根HUB (USB ROOT HUB)相连。USB HUB为其每个端口提供100mA电流供设备使用。同时，USB HUB可以通过端口的电气变化诊断出设备的插拔操作，并通过响应USBHOST的数据包把端口状态汇报给USB HOST。一般来说，USB设备与USB HUB间的连线长度不超过5m，USB系统的级联不能超过5级（包括ROOT HUB）。

1.3 USB总线数据传输

USB总线上数据传输的结构如图2所示：

从物理结构上，USB系统是一个星形结构；但在逻辑结构上，每个USB逻辑设备都是直接与USB HOST相连进行数据传输的。在USB总线上，每ms传输1帧数据。每帧数据可由多个数据包的传输过程组成。USB设备可根据数据包中的地址信息来判断是否响应该数据传输。在USB标准1.1版本中，规定了4种传输方式以适应不同的传输需求： （1）控制传输（control transfer）

控制传输发送设备请求信息，主要用于读取设备配置信息及设备状态、设置设备地址，设置设备属性、发送控制命令等功能。全速设备每次控制传输的最大有效负荷可为64个字节，而低速设备每次控制传输的最大有效负荷仅为8个字节。 （2）同步传输（isochronous transfer）

同步传输仅适用于全速/高速设备。同步传输每ms进行一次传输，有较大的带宽，常用于语音设备。同步传输每次传输的最大有效负荷可为1023个字节。 （3）中断传输（interrupt transfer）

中断传输用于支持数据量少的周期性传输需求。全速设备的中断传输周期可为1~255ms，而低速设备的中断传输周期为10~255ms。全速设备每次中断传输的最大有效负荷可为64个字节，而低

ABIT 上海技术研发中心 中国上海市仙霞路319号A幢16层

Shanghai R&D centre USB 技术介绍 技术资料，概不外传

速设备每次中断传输的最大有效负荷仅为8个字节。 （4）块数据传输（bulk transfer）

块数据传输是非周期性的数据传输，仅全速/高速设备支持块数据传输，同时，当且仅当总线带宽有效时才进行块数据传输。块数据传输每次数据传输的最大有效负荷可为64个字节。

ABIT 上海技术研发中心中国上海市仙霞路319号A幢16层