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USB 之一 USB2.0 规范详解 第一部分
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注意
对于物理特性仅做简单说明主要是针对 USB 2.0 规范的前八章。后续见 第二部分
关于USB 2.0
在USB官方网站（ http://www.usb.org/ ）包含了我们必需的所有的USB协议规范。目前官网最新规范为USB 3.2。默认打开官网的 Document 菜单，显示的就是 USB 3.2 的相关规范文档，在 Document 菜单下有USB2.0相关规范。USB 2.0 的下载页面为http://www.usb.org/developers/docs/usb20_docs/。 USB（Universal Serial Bus） 是一种支持热插拔的高速串行传输总线，它使用 差分信号 来传输数据。在 USB 1.0和 USB 1.1 版本中，只支持 1.5Mb/s 的低速（low-speed）模式和 12Mb/s 的全速（full-speed）模式，在 USB 2.0 中，又加入了480Mb/s 的高速模式，USB 3.0(super speed)，传输速率最大5Gbps。USB 2.0 被设计成为向下兼容的模式，当有全速（USB 1.1）或者低速（USB 1.0）设备连接到高速（USB 2.0）主机时，主机可以通过分离传输来支持它们。一条USB 总线上，可达到的最高传输速度等级由该总线上最慢的“设备”决定。 由于USB是主从模式的结构，设备与设备之间、主机与主机之间不能互连，为解决这个问题，扩大USB的应用范围，出现了USB规范的扩展部分USB OTG（ON The Go）。USB OTG 同一个设备，在不同的场合下可行在主机和从机之间切换。 以下部分主要根据 USB 2.0 规范的第四章，USB 体系包括 USB host（主机） 、USB device(设备) 以及 物理连接(USB interconnect) 三个部分。其中，设备(USB device) 又分为 USB function 和 USB Hub。 USB host： 任何USB系统中只有一个主机。 主机系统的USB接口被称为主机控制器。 主机控制器可以以硬件，固件或软件的组合来实现。 根集线器集成在主机系统内以提供一个或多个连接点。USB device： 可以分为 USB Hub： USB HUB提供了一种低成本、低复杂度的USB接口扩展方法。HUB的上行PORT面向HOST，下行PORT面向设备(HUB或功能设备)。在下行PORT上，HUB提供了设备连接检测和设备移除检测的能力，并给各下行PORT供电。HUB可以单独使能各下行PORT。不同PORT可以工作在不同的速度等级(高速/全速/低速)。（1）一个 USB HOST 最多可以同时支持128 个地址，地址0 作为默认地址，只在设备枚举期间临时使用，而不能被分配给任何一个设备，因此一个USB HOST 最多可以同时支持127 个地址，如果一个设备只占用一个地址，那么可最多支持127 个USB 设备。在实际的USB 体系中，如果要连接127 个USB设备，必须要使用USB HUB，而USB HUB 也是需要占用地址的，所以实际可支持的USB 功能设备的数量将小于127。 （2）ROOT HUB 是一个特殊的USB HUB，它集成在主机控制器里，不占用地址。ROOT HUB 不但实现了普通USB HUB 的功能，还包括其他一些功能。 （3）“复合设备（Compound Device）”可以占用多个地址。所谓复合设备其实就是把多个功能设备通过内置的USB HUB 组合而成的设备，比如带录音话筒的USB 摄像头等。 USB function： 能够通过总线传输或接收数据或控制信息的设备，在USB2.0标准中，别成为Class，规范中有详细的章节进行定义。主要有以下三类： A human interface device such as a mouse, keyboard, tablet, or game controllerAn imaging device such as a scanner, printer, or cameraA mass storage device such as a CD-ROM drive, floppy drive, or DVD drive USB interconnect： USB设备连接到主机并与之通信的方式。主要由以下三部分： Bus Topology： USB上的设备通过分层的星形拓扑物理连接到主机，如下图所示。 USB连接点由称为集线器的特殊类别的USB设备提供。 集线器提供的附加连接点称为端口。 主机包括称为根集线器的嵌入式集线器。 主机通过根集线器提供一个或多个连接点。 为主机提供附加功能的USB设备称为功能。 为了防止循环附件，USB层的星形拓扑结构上采用了分层排序。USB设备和主机之间的连接模型
管道（Pipe）是主机和设备端点之间数据传输的模型，共有两种类型的管道：无格式的流管道（Stream Pipe） 和 有格式的信息管道（Message Pipe） 。任何USB 设备一旦上电就存在一个信息管道，即默认的控制管道，USB 主机通过该管道来获取设备的描述、配置、状态，并对设备进行配置。 USB Schedule： USB 提供共享互连。 为了支持同步数据传输并消除仲裁开销，计划访问互连。 USB电器特性 该部分主要针对USB 2.0规范的第六章和第七章。在USB 2.0系统中要求USB传输线使用屏蔽双绞线。USB 支持“总线供电”和“自供电”两种供电模式。在总线供电模式下，设备最多可以获得500mA 的电流。一条USB传输线分别由地线、电源线、D+ 和 D- 四条线构成，D+ 和 D- 是差分输入线。它使用的是 3.3V 的电压（与 CMOS 的 5V 电平不同），而电源线和地线可向设备提供 5V 电压，最大电流为 500mA (可以在编程中设置)。 |
其中 USB 规范定义了各种 USB Class，具体看见http://www.usb.org/developers/docs/devclass_docs/。该页面下面就是每个类对应的文档。
以HOST-ROOT HUB为起点，最多支持7 层（Tier），也就是说任何一个 USB 系统中最多可以允许5个USB HUB 级联。一个复合设备（Compound Device）将同时占据两层或更多的层。
在 USB2.0 规范中，定义了以下一些电平信号：【本文地址】