USB的通讯协议(通俗易懂)分析

16.2 USB系统基本概念
• 16.2.2 USB设备
一个USB设备由三个功能模块组成：USB总线接口、USB逻辑 设备和功能单元。这里的USB总线接口指的是USB设备中的串行接口 引擎（SIE）；USB逻辑设备被USB系统软件看作是一个端点的集合； 功能单元被客户软件看作是一个接口的集合。SIE、端点和接口都是 USB设备的组成单元。为了更好地描述USB设备的特征，USB提出了 设备架构的概念。从这个角度来看，可以认为USB设备是由一些配置、 接口和端点组成的，即一个USB设备可以含有一个或多个配置，在每 个配置中可含有一个或多个接口，在每个接口中可含有若干个端点。 其中，配置和接口是对USB设备功能的抽象，实际的数据传输由端点 来完成。在使用USB设备前，必须指明其采用的配置和接口。这个步 骤一般是在设备接入主机时设备进行自举时完成的，我们在后面会进 一步介绍。USB设备使用各种描述符来说明其设备架构，包括设备描 述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符以及字符串描述符，它 们通常被保存在USB设备的固件程序中。
16.1 USB概述
• 主机定时对集线器的状态进行查询。当一个新设
备接入集线器时，主机会检测到集线器状态改变， 主机发出一个命令使该端口有效并对其进行设置。 位于这个端口上的设备进行响应，主机收到关于 设备的信息，主机的操作系统确定对这个设备使 用那种驱动程序，接着设备被分配一个唯一标识 的地址，范围从0~127，其中0为所有的设备在 没有分配惟一地址时使用的默认地址。主机向它 发出内部设置请求。当一个设备从总线上移走时， 主机就从其可用资源列表中将这个设备删除。
16.2 USB系统基本概念
• 16.2.1 USB主机
• (3) USB总线接口
USB总线接口包括主控制器和根集线器两部分。 根集线器为USB系统提供连接起点，用于给USB系 统提供一个或多个连接点（端口）。主控制器负责完 成主机和USB设备之间数据的实际传输，包括对传 输的数据进行串行编解码、差错控制等。该部分与 USB系统软件的接口依赖于主控制器的硬件实现， 开发人员不必掌握。

USB的通讯协议
USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）是现在计算机市场上最流行的互联技术。

它可以通过串行接口将计算机与外部设备连接起来，简化了人们和电脑之间的交流。

大多数计算机都配有USB接口，而各种外部设备，如打印机，外部硬盘，扫描仪，数码相机，数码录音机，MP3播放器等，都可以通过USB接口实现与计算机之间的传输。

USB的技术协议是一种特殊的串行接口技术，也叫做Serial Bus Protocol（SBP），它定义了计算机和外部设备之间的传输规则，也就是调制解调器（Modem）只能支持一种协议的规则，使得数据能够可靠的安全地传输。

它是由电缆和接头组成的，电缆由4根线分别为：地线（GND），速度控制线（RXD），数据线（TXD），电压线（Vcc）。

接头有A和B两种，其中A接口具有主控功能，B接口具有从控功能。

USB的功能是把一个设备（如打印机）连接到另一个设备（如PC 机），实现数据传输，它被分为两个层次：物理层和数据链路层。

物理层定义了信号和线路接口及工作电压，它主要定义了线缆，连接器，电压，电流以及信号传输形式；数据链路层定义了数据传输的方式，包括数据格式，错误控制和流量控制。

USB通信协议深入理解USB（Universal Serial Bus），即通用串行总线，是一种广泛应用于计算机和其他电子设备的通信协议。

USB协议提供了一种方便、快捷的通信方式，使得各种外设设备能够与计算机之间进行数据传输和通信。

本文将深入理解USB通信协议，包括其基本原理、架构和常见的传输方式等。

一、USB通信协议的基本原理USB通信协议是一种基于主从结构的传输协议。

在USB系统中，主要包括USB主机（Host）和USB外设（Device）两个角色。

USB主机控制着通信的发起和结束，而USB外设则负责接收和处理数据。

USB通信协议采用了数据包传输的方式。

数据在USB系统中以数据包（Packet）的形式进行传输。

每个数据包包含了特定的控制信息和数据内容，以确保数据的有效传输和正确解析。

在USB通信中，数据被分为控制传输、中断传输、批量传输和等时传输四种类型。

控制传输主要用于配置和管理USB系统，中断传输用于低延迟的数据交互，批量传输用于大数据流的传输，等时传输用于实时数据的传输。

二、USB通信协议的架构USB通信协议的架构主要由四个组件组成，分别是主机控制器（Host Controller）、总线（Bus）、外设和驱动程序。

1. 主机控制器：主机控制器是USB通信协议的核心组件，负责控制整个通信过程。

主机控制器通过总线将主机和外设连接起来，并发送控制命令和数据包给外设。

2. 总线：总线是主机和外设之间的物理连接介质。

USB通信协议使用了一对差分信号线来进行数据的传输，其中D+和D-线用于传输数据，VCC线提供电源，GND线用于地线连接。

3. 外设：外设是连接在USB总线上的各种设备，如打印机、键盘、鼠标等。

外设接收主机控制器发送的命令和数据包，并执行相应的操作。

4. 驱动程序：驱动程序是运行在主机控制器上的软件，用于控制和管理外设。

驱动程序通常由设备制造商提供，并通过操作系统进行加载和运行。

三、USB通信协议的传输方式1. 控制传输：控制传输是USB通信协议中最基本的传输方式，用于配置和管理USB系统。

USB协议分析协议名称：USB协议分析一、背景介绍USB（Universal Serial Bus）是一种用于连接计算机和外部设备的通用串行总线接口。

USB协议是为了提供一个标准的物理连接和通信方式，以实现不同设备之间的数据传输和通信。

本协议旨在对USB协议进行详细分析，包括协议的基本原理、通信流程、数据传输方式等内容。

二、协议分析1. USB协议基本原理USB协议采用主从结构，主要包括主机（Host）、设备（Device）和USB集线器（Hub）。

主机负责控制和管理整个USB系统，设备是连接到USB总线上的外部设备，而USB集线器则用于扩展USB接口数量。

2. USB协议通信流程a. 握手阶段：主机和设备之间进行握手，确定通信速率和协议版本。

b. 枚举阶段：主机对设备进行枚举，识别设备的类型和功能。

c. 配置阶段：主机与设备进行配置，包括分配地址和分配端点等。

d. 控制阶段：主机与设备之间进行控制命令的传输，包括读取设备描述符、发送控制命令等。

e. 数据传输阶段：主机与设备之间进行数据的读写操作，包括批量传输、中断传输和等时传输等。

3. USB协议数据传输方式a. 批量传输：用于大容量数据的传输，具有可靠性较高的特点。

b. 中断传输：用于周期性传输小量数据，具有低延迟的特点。

c. 等时传输：用于实时传输，对延迟要求非常高。

4. USB协议层次结构USB协议分为物理层、数据链路层、传输层和应用层。

a. 物理层：负责传输电气信号和电力供应。

b. 数据链路层：负责数据的可靠传输和错误检测。

c. 传输层：负责数据的分段和重组。

d. 应用层：负责数据的处理和应用。

5. USB协议相关标准a. USB 1.0：最初的USB标准，支持低速（1.5 Mbps）和全速（12 Mbps）传输。

b. USB 2.0：提升了传输速率，支持高速（480 Mbps）传输。

c. USB 3.0：引入了超速（5 Gbps）传输，提高了数据传输速率。