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USB通用串行总线UniversalSerialBus(USB)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.
概述USB最初是由英特尔与微软公司倡導發起,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速度比平行埠並聯匯流排(ParellelBus,例如EPP、LPT)與串聯埠匯流排(SerialPort,例如RS-232)等傳統電腦用標準匯流排快上許多.
原标准中USB1.
1的最大傳輸頻寬為12Mbps,USB2.
0的最大傳輸頻寬為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.
USB可以连接的外设有鼠标、键盘、gamepad、游戏杆、掃描儀、数码相机、打印机、硬盘和网络部件.
对数码相机这样的多媒体外设USB已经是缺省接口;由于大大简化了与计算机的连接,USB也逐步取代并口成为打印机的主A型USB连接器两个B型USB连接器,mini和全尺寸的,侧视图和正视图,旁边是5美分"做对照USB2.
0的三叉戟标志目录1概述1.
1标准2技术细节2.
1技术指标2.
2机械和电气标准2.
2.
1标准USB接口2.
2.
2MiniUSB接口2.
3软件架构2.
3.
1端点2.
3.
2HCD2.
4设备分类2.
5USB接头2.
6Powersupply3同类标准比较3.
1Storage3.
2人机接口设备(HID)4历史4.
1USB4.
2USBOn-The-GoSupplement5扩展5.
1无线USB6参见7外部链接流连接方式.
2004年已经有超过1亿台USB设备;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.
技术细节技术指标目前USB支持3种数据信号速率,USB设备应该在其外壳或者有时是自身上正确标明其使用的速率.
USB-IF进行设备认证并为通过兼容测试并支付许可费用的设备提供基本速率(低速和全速)和高速的特殊商标许可.
1.
5Mbit/s(183KByte/s)的低速速率,主要用于人机接口设备(HumanInterfaceDevices,HID)例如键盘、鼠标、游戏杆.
12Mbit/s(1.
4MByte/s)的全速速率,在USB2.
0之前是曾经是最高速率,后起的更高速率的高速接口应该兼容全速速率.
多个全速设备间可以按照先到先得法则划分带宽;使用多个等时设备时会超过带宽上限也并不罕见.
所有的USBHub支持全速速率.
480Mbit/s(57MByte/s)的高速速率.
并非所有的USB2.
0设备都是高速的.
高速设备插入全速hub时应该与全速兼容.
而高速hub具有所谓TransactionTranslator功能,能够隔离全速、低速设备与高速之间数据流,但是不会影响供电和串联深度.
机械和电气标准标准USB接口USB信号使用分别标记为D+和D-的双绞线传输,它们各自使用半双工差分信号并协同工作,以抵消长导线的电磁干扰,MiniUSB接口USBhub[编辑]USB标准A、B插头及其触点(未按比例绘制)标准USB连接器触点触点功能(主机)功能(设备)1VBUS(4.
75-5.
25V)VBUS(4.
4-5.
25V)2D-D-3D+D+4接地接地MiniUSB连接器触点miniUSB除了第4针外,其他接口功能皆與标准USB相同.
第4针成为ID,在mini-A上连接到第5针,在mini-B可以悬空亦可连接到第5针.
软件架构一个USB主机通过hub链可以连接多个设备.
由于理论上一个物理设备可以承担多种功能,例如路由器同时也可以是一个SD卡读卡器,USB的术语中设备(device)指得是功能(functions).
集线器(hub)由于作用特殊,按照正式的观点并不认为是function.
直接连接到主机的hub是根(root)hub.
端点设备/功能(和集线器)与管道pipe(逻辑通道)联系在一起,管道把主机控制器和被称为端点endpoint的逻辑实体连接起来.
管道和比特流(例如UNIX的pipeline)有着相同的含义,而在USB词汇中术语端点经常和管道混用,甚至在正式文档中.
端点(和各自的管道)在每个方向上按照0-15编号,因此一个设备/功能最多有32个活动管道,16个进,16个出.
(出(OUT)指离开控制器,而入(IN)指进入主机控制器.
)两个方向的端点0总是留给总线管理,占用了32个端点中的2个.
在管道中,数据使用不同长度的包传递,端点可以传递的包长度上限一般是2n字节,所以USB包经常包含的数据量依次有8、16、32、64、128、256、512或者1024字节.
一个端点只能单向(进/出)传输数据,自然管道也是单向的.
每个USB设备至少有两个端点/管道:它们分别是进出方向的,编号为0,用于控制总线上的设备.
按照各自的传输类型,管道被分为4类:控制传输——一般用于短的、简单的对设备的命令和状态反馈,例如用于总线控制的0号管道.
等时传输——按照有保障的速度(可能但不必然是尽快地)传输,可能有数据丢失,例如实时的音频、视频.
中断传输——用于必须保证尽快反应的设备(有限延迟),例如鼠标、键盘.
批量传输——使用余下的带宽大量地(但是没有对于延迟、连续性、带宽和速度的保证)传输数据,例如普通的文件传输.
一旦设备(功能)通过总线的hub附加到主机控制器,主机控制器就给它分配一个主机上唯一的7位地址.
主机控制器通过投票分配流量,一般是通过轮询模式,因此没有明确向主机控制器请求之前设备不能传输数据.
W为了访问端点,必须获得一个分层的配置.
连接到主机的设备有且仅有一个设备描述符(devicedescriptor),而设备描述符有若干配置描述符(configurationdescriptors).
这些配置一般与状态相对应,例如活跃和节能模式.
.
每个配置描述符有若干接口描述符(interfacesetting),用于描述设备的一定方面,所以可以被用于不同的用途:如一个相机可能拥有视频和音频两个接口.
接口描述符有一个缺省接口设置(defaultinterfacesetting)和可能多个替代接口设置(alternateinterfacesettings),它们都拥有如上所述的端点描述符.
一个端点能够在多个接口和替代接口设置之间复用.
HCD包含主机控制器和根HUB的硬件为程序员提供了由硬件实现定义的接口主机控制器设备(HCD).
而实际上它在计算机是就是端口和内存映射.
1.
0和1.
1的标准有两个竞争的HCD实现.
[[康柏]的开放主机控制器接口(OHCI)和Intel的通用主机控制器接口(UHCI).
VIA威盛采纳了UHCI;其他主要的芯片组多使用OHCI.
它们的主要区别是UHCI更加依赖软件驱动,因此MiniUSBA、B连接器及其触点(未按比例绘制)触点功能1VBUS(4.
4–5.
25V)2D3D+4ID5接地Image:PCBmountingfemaleUSBAandBconnectors.
jpgPCBmountingfemaleUSBconnectors[编辑]对CPU要求更高,但是自身的硬件会更廉价.
它们的并存导致操作系统开发和硬件厂商都必须在两个方案上开发和测试,从而导致费用上升.
因此USB-IF在USB2.
0的设计阶段坚持只能有一个实现规范,这就是扩展主机控制器接口(EHCI).
因为EHCI只支持全速传输,所以EHCI控制器包括四个虚拟的全速或者慢速控制器.
这里同样是Intel和Via使用虚拟UHCI,其他一般使用OHCI控制器.
某些版本的Windows上,打开设备管理器,如果设备说明中是否有"增强"("Enhanced"),就能够确认它是2.
0版的.
而在Linux系统中,命令lspci能够列出所有的PCI设备,而USB会分别命名为OHCI、UHCI或者EHCI.

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和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).