USB2.0协议中文详解

Usb2.0的协议规范第1章绪论1.1 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：显然用计算机来进行计算机通信将是下一代计算机基本的应用。

机器和人们的数据交互流动需要一个广泛而又便宜的连通网络。

然而，由于目前产业间的相互独立发展,尚未建立统一标准,而USB则可以广泛的连接计算机和电话。

(二)易用性：众所周知,PC机的改装是极不灵活的。

对用户友好的图形化接口和一些软硬件机制的结合，加上新一代总线结构使得计算机的冲突大量减少，且易于改装。

但以终端用户的眼光来看，PC机的输入/输出，如串行/并行端口、键盘、鼠标、操纵杆接口等，均还没有达到即插即用的特性，USB正是在这种情况下问世的。

(三)端口扩充：外围设备的添加总是被相当有限的端口数目限制着。

缺少一个双向、价廉、与外设连接的中低速的总线，限制了外围设备(诸如电话/电传/调制解调器的适配器、扫描仪、键盘、PDA)的开发。

现有的连接只可对极少设备进行优化，对于PC机的新的功能部件的添加需定义一个新的接口来满足上述需要，USB就应运而生。

它是快速、双向、同步、动态连接且价格低廉的串行接口，可以满足PC机发展的现在和未来的需要。

1.2 USB规范的目标本书规范了USB的工业标准。

该规范介绍了USB的总线特点、协议内容、事务种类、总线管理、接口编程的设计，以及建立系统、制造外围设备所需的标准。

设计USB的目标就是使不同厂家所生产的设备可以在一个开放的体系下广泛的使用。

该规范改进了便携商务或家用电脑的现有体系结构，进而为系统生产商和外设开发商提供了足够的空间来创造多功能的产品和开发广阔的市场，并不必使用陈旧的接口，害怕失去兼容性。

1.3 适用对象·该规范主要面向外设开发商和系统生产商。

并且提供了许多有价值的信息给操作系统/BIOS/设备驱动平台、IHVS/ISVS适配器，以及各种计算机生产厂家使用。

1.什么是USB2.0？ USB 2.0是通⽤串⾏总线输⼊、输出总线协议的⼀种完全应⽤，于2001年推出，其数据传输速率⽐传统的USB 1.1标准更快。

USB1.1的传输速率为12Mbps，即⽬前公认的“USB”。

⼀些⼚商将其产品标为“全速USB”，⽤户不要将“全速”误解为“⾼速”。

“全速USB”允许的传输率是12Mbps，⽽⾼速USB能够达到更⾼的480Mbps。

此外，USB⿏标和键盘的传输速率仅为1.5Mbps，该传输速率同样被USB推⼴组（USB Promoter Group）称为“USB”。

综上所述，USB 2.0包括三种规格：⾼速、全速和低速。

作为消费者，您⽆需了解这些专业术语，只需记住⽬前只存在“⾼速USB”和“USB”端⼝与设备。

B 2.0的传输速率是多少？ USB2.0的数据传输率⼤约是480Mbps，⽐先前数据传输率12Mbps的USB1.1接⼝快40倍。

最初的USB2.0数据传输率仅为240Mbps，后来USB2.0推⼴组在1999年10⽉将该速率提⾼到480Mbps。

B2.0连接线的长是多少？ USB2.0连接线的长度5⽶。

但是，如果⽤5⽶长的USB连接线分级连接5个集线器，则长度可达30⽶。

B2.0可以带给⽤户哪些好处？ ⽐USB1.1快40倍的传输速率，使计算机上可以使⽤的外设的范围⼤⼤增加。

即使有多个⾼速外设连接到USB2.0总线上，系统达到瓶颈带宽的可能性仍然很⼩。

新的规格不仅继承了⽬前USB设备即插即⽤及热拔插的特性，⽽且提供了USB1.1设备的向下兼容性，使当前⽤户平稳升级。

5.如何验证我的电脑是否具有USB2.0端⼝？ 您可以很容易的辨别您的电脑是否有⾼速USB端⼝。

打开“设备管理器”，展开“通⽤串⾏总线”部分，您将会看到“Enhanced（增强）”USB主控制器选项。

该名称在Windows 98下可能不同，因为这些系统中的“⾼速USB”驱动程序并⾮由微软直接提供的（该驱动将在Windows ME、2000及XP的产品升级中提供）。

USB 2.0標準簡介一.什麼是USB？USB是英文Universal Serial Bus的縮寫，中文含義是“通用串列匯流排”。

它是一種應用在PC領域的新型介面技術。

早在1995年，就已經有PC機帶有USB介面了，但由於缺乏軟體及硬體設備的支援，這些PC機的USB介面都閒置未用。

1998年後，隨著微軟在Windows 98中內置了對USB介面的支援模組，加上USB設備的日漸增多，USB介面才逐步走進了實用階段。

這幾年，隨著大量支持USB的個人電腦的普及，USB逐步成為PC機的標準介面已經是大勢所趨。

在主機(host)端，最新推出的PC機幾乎100%支援USB；而在外設(device)端，使用USB介面的設備也與日俱增，例如數碼相機、掃描器、遊戲杆、磁帶和軟盤機、圖像設備、印表機、鍵盤、滑鼠等等。

USB設備之所以會被大量應用，主要具有以下優點：1.可以熱插拔。

這就讓用戶在使用外接設備時，不需要重複“關機à將並口或串口電纜接上à再開機”這樣的動作，而是直接在PC開機時，就可以將USB電纜插上使用。

2.攜帶方便。

USB設備大多以“小、輕、薄”見長，對用戶來說，同樣20G的硬碟，USB硬碟比IDE硬碟要輕一半的重量，在想要隨身攜帶大量資料時，當然USB硬碟會是首要之選了。

3.標準統一。

大家常見的是IDE介面的硬碟，串口的滑鼠鍵盤，並口的印表機掃描器，可是有了USB之後，這些應用外設統統可以用同樣的標準與PC連接，這時就有了USB硬碟、USB滑鼠、USB印表機，等等。

4.可以連接多個設備。

USB在PC上往往具有多個介面，可以同時連接幾個設備，如果接上一個有4個埠的USB HUB時，就可以再連上4個USB設備，以此類推，盡可以連下去，將你家的設備都同時連在一台PC上而不會有任何問題(注：最高可連接至127個設備)。

但是，為什麼又出現了USB2.0呢？它與USB1.1又有何區別？請別急，下面就會談到了。

FE2.1 USB2.0简介FE2.1 USB2.0是一款具有高速传输和广泛应用的USB控制器芯片。

它支持USB2.0协议，提供了稳定可靠的数据传输和设备连接功能。

本文档将介绍FE2.1 USB2.0的特性、工作原理以及使用方法。

特性•支持USB2.0规范•高速传输速率：最高480 Mbps•完全兼容USB1.1和USB1.0规范•支持多种USB设备类型，包括储存设备、打印机、键盘、鼠标等•支持多平台操作系统，如Windows、MacOS、Linux等•低功耗设计，节省能源•内置USB PHY工作原理USB2.0协议USB2.0是一种用于计算机与外部设备之间的通信协议。

它提供了高速的数据传输和设备连接功能，广泛应用于各类电子设备中。

USB2.0协议通过一个主控制器和多个外设之间的通信来实现数据的传输和设备的控制。

FE2.1 USB2.0控制器FE2.1 USB2.0是一款高性能的USB控制器芯片，内置了USB PHY，能够实现USB设备和主机之间的数据传输和控制。

它支持USB2.0规范，提供了稳定可靠的高速传输率。

FE2.1 USB2.0控制器具有低功耗设计，节省能源并延长设备的使用寿命。

使用方法硬件连接使用FE2.1 USB2.0控制器需要正确连接硬件设备，以下是连接步骤：1.将FE2.1 USB2.0控制器插入主机的USB接口。

2.将外设设备插入FE2.1 USB2.0控制器的USB接口。

软件配置使用FE2.1 USB2.0控制器需要进行软件配置，以下是配置步骤：1.安装相应的驱动程序。

2.配置USB设备的参数，如传输速率、数据格式等。

3.设定主机和外设之间的通信方式，如同步传输、异步传输等。

数据传输配置完成后，就可以开始进行数据传输了。

使用FE2.1USB2.0控制器进行数据传输的步骤如下：1.主机发送请求给外设。

2.外设接收请求并准备好相应的数据。

3.主机接收到数据并进行相应处理。

4.主机发送响应给外设。

USB(Universal Serial Bus)USB(通用串行总线)是用于将适用USB的外围设备连接到主机的外部总线结构,其主要是用在中速和低速的外设在USB的网络协议中它负责管理整个USB系统Host与USB Device的通信Host 端有一个Root Hubÿ¸ö¶Ë¿Ú¿ÉÒÔÁ¬½ÓÒ»¸öUSB Hub 或一个USB Device¼´USB Hub可以将一个USB端口扩展为多个端口如USB键盘USB MODEM Compound Device是指带一个Hub和一个或多个不可删除的USB Device的复合设备ＵＳＢ的系统有且只有一个host所以将两台PC的USB 口通过A-A USB电缆连接起来如果将两个host连起来通信与它的网络协议冲突Ｐｒｏｌｉｆｉｃ等厂家有USB到USB的设备控制器USB设备USB的设备可以接在PC上的任意的USB接口上USB的Hub有一个上行的端口(到host)从而可以使整个的系统可以扩展的连接127个外设对于USB系统来说所有的其他连接到host都称为设备只有通过host的管理与调节才能够实现数据的互相传送通常会有一个根HubUSB的设备类型(device class)虽然USB设备都会表现USB的一些基本的特征同类型的设备可以拥有一些共同的行为特征和工作协议下表中就给出一些基本的USB的设备类型分类鼠标USB_DEVICE_CLASS_HUMAN_INTERFACE图像摄相机.扫描仪USB_DEVICE_CLASS_IMAGE显示监视器USB_DEVICE_CLASS_MONITOR物理回应设备动力回馈式游戏操纵杆USB_DEVICE_CLASS_PHYSICAL_INTERFACE 电源不间断电源供应USB_DEVICE_CLASS_POWER打印机USB_DEVICE_CLASS_PRINTERBulk存储器硬盘USB_DEVICE_CLASS_STORAGEHUB USB_DEVICE_CLASS_HUBUSB的优点有以下几条　U SB为所有的USB外设提供了单一的这样一来就简化了USB外设的设计2½ÚÊ¡ÁËϵͳ×ÊÔ´　U SB支持热插拔(hot plug)和PNP(Plug-and-Play)¼ÆËã»úϵͳ¶¯Ì¬µØ¼ì²âÍâÉèµÄ²å°ÎÆäËûÆÕͨµÄÍâΧÁ¬½Ó±ê×¼4USB直接连接到Hub或者是连接到Host的设备可以通过USB电缆供电或使用两种供电方式的组合.并且支持节约能源的挂机和唤醒模式　U SB提供全速12Mbps的速率和低速 1.5Mbps的速率来适应各种不同类型的外设6USB提供了四种不同的数据传输类型Bulk数据传输同步数据传输可为音频和视频等实时设备的实时数据传输提供固定带宽　U SB的端口具有很灵活的扩展性传输方式USB有四种的传输方式同步(isochronous)大量(bulk)Ä㻹ҪÕýÈ·Ñ¡Ôñ´«ÊäµÄ·½Ê½¾ÍÖ»ÐèҪŪÇå³þËûÊDzÉÓõÄʲô¹¤×÷·½Ê½¾ÍÐÐÁË1¿ØÖÆ´«ÊäÊÇË«Ïò´«ÊäUSB系统软件用来主要进行查询控制传输方式可以包括832和64字节的数据控制传输典型地用在主计算机和USB外设之间的端点(Endpoint)0之间的传输2ͬ²½´«ÊäÌṩÁËÈ·¶¨µÄ´ø¿íºÍ¼ä¸ôʱ¼ä它被用于时间严格并具有较强容错性的流数据传输例如执行即时通话的网络电话应用时同步数据要求确定的带宽值和确定的最大传输次数即时的数据传递比完美的精度和数据的完整性更重要一些　中断(interrupt)方式传输设备的端点模式器的结构决定了它的查询频率这种传输方式典型的应用在少量的分散的键盘中断方式传输是单向的并且对于host来说只有输入的方式　大量(bulk)传输同时又没有带宽和间隔时间要求的情况下打印机和扫描仪属于这种类型可以等到所有其它类型的数据的传输完成之后再传输和接收数据每帧通常是1ms时间长在完成了系统的配置信息和连接之后用来适应整个的USB的带宽同步方式和中断方式的传输会占据整个带宽的90%数据交换一个transaction是在host和设备通常由host开始交换接下来是双方向上的数据包就会由设备返回一个握手USB系统通过IN,OUT,和SETUP 的包来指定USB地址和endpoint0通常被用来用做缺省的传送配置信息的每个SETUP 的包包含8个byte的数据对于DATA数据包来说ACK handshake的包用来指示数据传送的正确性并且请示host重新发数据或者清除这次传送将不同于总线速度的设备中就会回应一个PRE的包从而会忽略该设备DATA的数据包最大是1023bytes　从/developer处得到USB的Specificationͬʱ¿É²Î¿¼The USB Handbook by Jaff Kosar2如果要开发WDM驱动程序则需要一台有以下配置的PC然后DDK34²»Òª×öÎÞνµÄÖظ´²¢ÕÒµ½¾¡¿ÉÄܶàµÄʵÀýÔ´³ÌÐò´úÂë5同时就可以获得一个Vendor ID每个Vendor ID的零售价格是$2006Èç×ÜÏß·ÖÎöÒÇ竞争者的相应USB设备以及USB鼠标USB键盘等7MCU固件程序和客户程序代码　参加USB遵从试验驱动程序编写USB的驱动程序和以往的直接跟硬件打交道的WIN95的VXD的方式的驱动程序不同Windows下的USB软件总体框图如图2USB软件总体框图。

USB 2.0标准简介一、什么是USB？USB是英文Universal Serial Bus的缩写，中文含义是“通用串行总线”。

它是一种应用在PC领域的新型接口技术。

早在1995年，就已经有PC机带有USB接口了，但由于缺乏软件及硬件设备的支持，这些PC机的USB接口都闲置未用。

1998年后，随着微软在Windows 98中内置了对USB接口的支持模块，加上USB设备的日渐增多，USB 接口才逐步走进了实用阶段。

这几年，随着大量支持USB的个人电脑的普及，USB逐步成为PC机的标准接口已经是大势所趋。

在主机(host)端，最新推出的PC机几乎100%支持USB；而在外设(device)端，使用USB接口的设备也与日俱增，例如数码相机、扫描仪、游戏杆、磁带和软驱、图像设备、打印机、键盘、鼠标等等。

USB设备之所以会被大量应用，主要具有以下优点：1、可以热插拔。

这就让用户在使用外接设备时，不需要重复“关机à将并口或串口电缆接上à再开机”这样的动作，而是直接在PC开机时，就可以将USB电缆插上使用。

2、携带方便。

USB设备大多以“小、轻、薄”见长，对用户来说，同样20G的硬盘，USB硬盘比IDE硬盘要轻一半的重量，在想要随身携带大量数据时，当然USB硬盘会是首要之选了。

3、标准统一。

大家常见的是IDE接口的硬盘，串口的鼠标键盘，并口的打印机扫描仪，可是有了USB之后，这些应用外设统统可以用同样的标准与PC连接，这时就有了USB硬盘、USB鼠标、USB打印机，等等。

4、可以连接多个设备。

USB在PC上往往具有多个接口，可以同时连接几个设备，如果接上一个有4个端口的USB HUB时，就可以再连上4个USB设备，以此类推，尽可以连下去，将你家的设备都同时连在一台PC上而不会有任何问题(注：最高可连接至127个设备)。

但是，为什么又出现了USB2.0呢？它与USB1.1又有何区别？请别急，下面就会谈到了。

U S B3.0与U S B2.0的特性比较3.2 超速结构超速总线是一个分层的通讯结构，如下图所示：协议层：协议层在主机和设备间定义了end-to-end（端到端）通讯规则。

超速协议在主机和设备端点(endpoint)之间提供应用数据信息交换。

这个通讯关系叫做管道(pipe)。

它是主机导向的协议，意味着主机决定什么时候在主机和设备间进行应用数据传输。

设备可以通过一个特定端点向主机发起异步请求服务，所以它不是一个轮询协议（USB2.0为轮询协议）。

数据可以连续突发传输，提高总线效率。

对某些传输类型（块传输），协议提供流控支持。

SS设备可以异步发送，通知主机，设备的功能状态发生改变。

而不是轮询的方式。

设备端点可以通过设备异步发送的“ready”包（ERDY TP）通知主机进行数据发送与接收，主机对于“ready”通知，如果有有效的数据发送或者缓存接收数据，会添加管道。

主机发送包含主机时间戳的特殊包头（ITP）到总线上，该值可以用于保持设备和主机同步（如果需要的话）。

超速USB电源管理：链路电源管理的关键点是：·设备向主机发送异步“ready”通知·包是有路由路径的，这样就允许不参与数据通讯的链路进入或仍旧停留在低电源状态。

·如果包送到一个处于低电源状态的端口，这个端口会切换到退出低电源状态并指示这是个切换事件。

设备：·超速需要支持USB2.0对默认的控制管道的规定。

HUB设备：因为USB3.0向下兼容USB2.0，为支持USB3.0双总线结构，USB3.0 HUB在逻辑上是两个HUB的组合：一个USB2.0 HUB和一个USB3.0 HUB。

连接到上游端口的电源和地线是共享的。

集线器(HUB)参与到一个端到端的协议中，所承当的工作：·路由选择输出的包到下游端口。

·输入包混合传递到上游端口·当不在低功耗状态下时，向所有下游端口广播时间戳包（ITP），即为同步时间信息包。

USB2.0网络、传输、通讯和协议USB在我们生活中应用非常广泛，但绝大部分工程师都只注重USB应用层的开发，很少有人去了解USB更底层的一些技术。

今天就结合USB 2.0来简单讲述USB底层的一些基础知识。

嵌入式专栏1USB网络USB物理层网络为分层星型网络：一台主机和若干从设备。

USB 2.0 网络最多可支持127个外部节点，由于信号传播的时序限制，允许的最大层数为七个：•主机（总线主控器）的一层•集线器和设备六层Hub：集线器，提供了附加的连接点，每个集线器将单个连接点转换为多个连接点，也称为端口。

Func：即Function功能，为系统提供了发送或接收数据和控制信息的功能，每个unc包含描述设备功能和资源要求的配置信息。

Compound Device：复合设备，是实现多种功能并包括嵌入式集线器的物理程序包。

复合设备在主机上看起来像是带有一个或多个不可移动USB设备的集线器。

星形网络对于以主机为中心的开发人员，USB网络看起来像是星形网络。

集线器不会引起任何编程复杂性，并且就程序员而言是透明的。

无论是直接连接到根集线器还是通过中间集线器连接，USB设备的工作方式都相同。

在主/从网络中，所有USB设备都可用作可寻址节点，只有主机才能启动网络中的数据传输。

提示：•任何USB网络中只有一个主机。

•在第七层中只能启用功能。

•复合设备占据两层。

嵌入式专栏2USB传输速率USB的传输速率经过一代一代发展，越来越快了，去年（2019）新出来的标准：USB 4 支持高达40Gbps。

目前流行的USB 3.0、 3.1的传输速率其实已经很高了，对于绝大部分应用，这个速率完全没问题。

早期的USB传输速率相对于现在很低，但在那个时候，传输速率其实已经很高了。

（图片来源网络）嵌入式专栏3USB通信USB是轮询总线，USB主机在其中启动所有数据交换，数据往返于USB设备中的端点。

USB主机中的客户端将数据存储在缓冲区中，但没有端点。