USB接口介绍

USB接口介绍USB接口介绍（上）通用串行总线(UniversalSerialBus,USB）通用串行总线是连接外部设备的一个串口总线标准，在计算机上使用广泛，但也可以用在机顶盒和游戏机上，补充标准（On-The-Go)使其能够用于在便携设备之间直接交换数据。USB由Intel、Microsoft、Compaq、IBM、NEC等几家大厂商发起。起因Intel公司开发的通用串行总线架构(USB)的目的主要基于以下三方面考虑：(一)计算机与电话之间的连接(二)易用性(三)端口扩充简介USB最初是由英特尔与微软公司倡导发起，其最大的特点是支持热插拔（Hotplug）和即插即用(Plug&Play)。当设备插入时，主机枚举（enumerate）此设备并加载所需的驱动程序，因此使用远比PCI和ISA总线方便。USB速度比平行埠并联总线（ParellelBus，例如EPP、LPT）与串联埠总线（SerialPort，例如RS-232）等传统电脑用标准总线快上许多。原标准中USB1.1的最大传输带宽为12Mbps，USB2.0的最大传输带宽为480Mbps。USB的设计为非对称式的，它由一个主机（host）控制器和若干通过hub设备以树形连接的设备组成。一个控制器下最多可以有5级hub，包括Hub在内，最多可以连接127个设备，而一台计算机可以同时有多个控制器。和SPI-SCSI等标准不同，USBhub不需要终结器。到2005年显示器和高清晰度数字视频外设是仅有的USB未能染指的外设类别，因为他们需要更高的传输速率。现标准中将UBS统一为USB2.0,分为：High-speed，传输速率25Mbps～400Mbps(最大480Mbps)；Full-speed，传输速率500Kbps～10Mbps(最大12Mbps）；Low-speed，传输速率10Kbps～100Kbps(最大1.5Mbps）标准USBImplementersForum(USBIF)负责USB标准制订，其成员包括苹果电脑、惠普、NEC、Microsoft和Intel。USBIF于2001年底公布了2.0规范，之前还有0.9、1.0、和1.1，他们都是完全向后兼容的。On-The-GoSupplementtotheUSB2.0Specification的当前版本是1.0a。USB的连接器分为A、B两种，分别用于主机和设备；其各自的小型化的连接器是Mini-A和Mini-B，另外还有Mini-AB的插口。USB接口介绍（下）USB封包格式USB的封包格式和早期的internet封包格式非常相似，要了解USB連接原理就一定要先了解封包格式。OFFSETTYPESIZEVALUE0HeaderChksum1Checksumoftheheaderbyaddingtheheaderbytes,excludingtheheaderchecksum.1HeaderSize1Sizeoftheheader,includingstringsifapplicable.2Signature2Signature:0x12344VendorID2USBVendorID6ProductID2USBProductID8ProductVersion1Productversion9FirmwareVersion1Firmwareversion10UsbAttributes1USBattributes:Bit0:Ifsetto1,theheaderincludesallthreestrings:language,manufacture,andproductstrings;ifsetto0,theheaderdoesnotincludeanystrings.Bit2:Ifsetto1,thedevicecanbeselfpowered;ifsetto0,itcannotbeselfpowered.Bit3:Ifsetto1,thedevicecanbebuspowered;ifsetto0,itcannotbebuspowered.Bits1and4...7:Notused.11MaxPower1Maximumpowerthedeviceneedsinunitsof2mA.12Attribute1Deviceattributes:Bit0:Ifsetto1,theCPUspeedrunsat24MHz;ifsetto0,theCPUspeedrunsat12MHz.Bit3:Ifsetto1,thedevice'sEEPROMcansupport400MHz;ifsetto0,itcannotsupport400MHz.Bits1,2and4...7:Notused.13WPageSize1MaximumI2Cwritepagesize14DataType1ThisvaluedefinesifthedeviceisapplicationEEPROMordeviceEEPROM.0x01:ApplicationEEPROM0x02:DeviceEEPROMOthervaluesareinvalid.15RpageSize1MaximumI2Creadpagesize.Ifthevalueiszero,thewholePayLoadSizeisreadinoneI2Creadsetup.16PayLoadSize2Sizeoftheapplication,ifusingEEPROMasanapplicationEEPROM;otherwisethevalueis0.0xxxLanguagestring4LanguagestringinstandardUSBstringformatifapplicable.0xxxManufacturestring...ManufacturestringinstandardUSBstringformatifapplicable.0xxxProductstring...ProductstringinstandardUSBstringformatifapplicable.0xxxApplicationCode...Applicationcodeifapplicable.USBpacketformat设备分类依附在总线上的设备可以是需要特定的驱动程序的完全定制的设备，也可能属于某个设备类别。这些类别定义了某种设备的行为和接口描述符，这样一个驱动程序可能用于所有此种类别的设备。一般操作系统都为支持这些设备类别，为其提供通用驱动程序。设备分类由USB设计论坛设备工作组决定,并分配ID。如果一个设备类型属于整个设备，该设备的描述府bDeviceClass的域保存类别ID；如果它这是设备的一个界面，其ID保存在界面描述府的;bInterfaceClass域。他们都占用一个字节，所以最多有253种设备类别。（0x00和0xFF保留)。当bDeviceClass设为0x00，操作系统会检查每个接口的bInterfaceClass以确定其类别。每种类别可选支持子类别（SubClass）和协议子定义（Protocolsubdefinition）。这样可以用于主设备类型的不断修订。常用设备类别和ID有：0x00保留值0x01USB音频设备,像声卡这样的设备。0x03人机接口设备,键盘鼠标等0x06静止图像捕捉设备，用在USB上的PictureTransferProtocol。0x07USB打印设备,打印机。0x08USB大容量存储设备keydrive,可移动硬盘,MMC卡、SD卡、CF卡读卡器,数码相机,数字音频播放器等。这一类设备显示成一个文件系统。0x09USBhubs。0x0AUSB通信设备(CDC)usedfor调制解调器（包括软件调制解调器),网卡(交叉电缆),ISDN,传真。0x0EUSB视频设备,类似摄像头，电视卡的动态图像捕捉设备。0xE0无线控制器，如蓝牙dongles。0xFF定制设备。USB接头接头是由USB协会所指定，接头的设计一方面为了支持众多USB的基本需求，另一方面也避免以往许多类似串行接头所出现的问题。接头设计的相当耐用。不可能把USB接口插错。接头能相对便宜地大量生产。在USB网络中，接头被强制使用定向拓扑。USB不支持环形网络，因此不兼容的USB设备之间接口也不兼容。不像其他通讯系统(如RJ-45电缆)不能使用转换插头，防止环形USB网络产生。适度的插拔力。由于接头的构造，在将USB插头插入USB座时，插头外面的金属保护套会先接触到USB座内对应的金属部份，之后插头内部的四个触点才会接触到USB座。金属保护套会连接到系统的地点，提供路径使静电可以放电，避免因静电通过电子零件而造成损坏。电源USB接头提供一组5伏特的电压，可作为相连接USB设备的电源。实际上，设备接收到的电源可能会低于5V，只略高于4V。USB规范要求在任何情形下，电压均不能超过5.25V；在最坏情形下（经由USB供电HUB所连接的LOWPOWER设备）电压均不能低于4.375V，一般情形电压会接近5V。一个USB的根集线器最多只能提供500mA的电流。如此的电流已足以驱动许多电子设备，不过连接在总线供电HUB的所有设备，需要共享500mA的电流额度。一个由总线供电的设备可以使用到它所连接埠上允许输出的所有电源。总线供电的HUB可以将电源供给连接在HUB上的所有设备，不过USB的规范只允许总线供电的HUB下游串接一层总线供电的设备，因此，总线供电的HUB下游不允许再串接另一个由总线供电的HUB。许多HUB有外加电源，因此可以提供电源给下游的设备，不会消耗总线上的电源。若设备需要的电压超过5V，或是需要电流超过500mA，都需要使用外加电源。相对于之前其他沟通介面仅能传递讯息资料，高电压USB插槽本身还能提供5V（伏特）的主动电压，及0.5A（安培）的电流，因此对于一些小型设备而言，可以不必再外接电源供应装置，就能利用来自USB插槽的电力顺利运作。利用这特点，也有厂商开发出适当的排线，将USB拿来当作供电插座般使用，例如作为移动电话的充电器，或是提供小型电灯的电力需要，反而与原本用来连接电脑用的主要用途无关。同类标准比较StorageUSB使用USBmassstoragedeviceclass标准实现Storage设备的连接.它最初被用于传统的磁盘和光盘驱动,但是现在已经扩展到支持大量不同的设备.USB不能用于计算机内部存储设备的基本总线:像ATA(IDE),SerialATA(SATA),和SCSI.然而,USB有一个非常重要的优点,那就是它能够在不关闭计算机的情况下动态的安装和删除USB设备,这使它成为一个有用的外部设备.今天,大量的生产商提供便携式USB移动硬盘或者一个空的，能够兼容内部驱动的盒子.这些内部驱动通常提供一个转换驱动接口，用以转换IDE,ATA,SATA,ATAPI,或者SCSI到USBport。对于用户来讲，就像连接了一个内部的驱动。其他的竞争标准是eSATA以及Firewire.人机接口设备（HID）USB没有完全取代AT键盘接口和PS/2键盘鼠标接口，但是事实上现在所有主板制造商都提供至少多于一个USB接口。到2004年,大多数新主板都配有多个高速USB2.0接口，尽管有些是内置在主板上的，需要使用电缆连接到位于主机前面板或者侧面的接口。同样的对游戏操纵杆，手柄，写字板和其他人机接口设备的支持逐渐从原声卡上的“MIDI/游戏”接口和PS/2接口上转移到USB上。现在带着USB转PS/2接口转换插头的USB键盘鼠标相当普遍，他们可以使用任意2种接口之一。使用专用键盘鼠标的苹果电脑1999年一月也开始使用USB接口。最初的IPOD只有IEEE1394接口，后来在3G的IPOD，苹果电脑开始支持USB2.0，但是还不能用作充电，现在的IPOD，已经全面兼容USB与IEEE1394，两者均可充电以及连接计算机。扩展PictBridge标准可以使得消费者使用的