USB总线数据编码方式

编辑词条通用串行总线目录[隐藏]通用串行总线概念和目的通用串行总线特点通用串行总线版本通用串行总线技术指标通用串行总线优劣和运用通用串行总线USB设备类规范通用串行总线概念和目的通用串行总线特点通用串行总线版本通用串行总线技术指标通用串行总线优劣和运用通用串行总线USB设备类规范[编辑本段]通用串行总线概念和目的概念通用串行总线(Universal Serial Bus, 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。

目的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。

[编辑本段]通用串行总线特点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（Hot p lug）和即插即用(Plug&Play)。

ASCII码表完整版USB 基本知识USB的重要关键字:1、端点：位于USB设备或主机上的一个数据缓冲区，用来存放和发送USB的各种数据，每一个端点都有惟一的确定地址，有不同的传输特性（如输入端点、输出端点、配置端点、批量传输端点）2、帧：时间概念，在USB中，一帧就是1MS，它是一个独立的单元，包含了一系列总线动作，USB将1帧分为好几份，每一份中是一个USB的传输动作。

3、上行、下行：设备到主机为上行，主机到设备为下行下面以一问一答的形式开始学习吧。

问题一：USB的传输线结构是如何的呢？答案一：一条USB的传输线分别由地线、电源线、D+、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（注意哦，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（可以在编程中设置的，至于硬件的实现机制，就不要管它了）。

问题二：数据是如何在USB传输线里面传送的答案二：数据在USB线里传送是由低位到高位发送的。

问题三：USB的编码方案？答案三：USB采用不归零取反来传输数据，当传输线上的差分数据输入0时就取反，输入1时就保持原值，为了确保信号发送的准确性，当在USB总线上发送一个包时，传输设备就要进行位插入***作（即在数据流中每连续6个1后就插入一个0），从而强迫NRZI码发生变化。

这个了解就行了，这些是由专门硬件处理的。

问题四：USB的数据格式是怎么样的呢？答案四：和其他的一样，USB数据是由二进制数字串构成的，首先数字串构成域（有七种），域再构成包，包再构成事务（IN、OUT、SETUP），事务最后构成传输（中断传输、并行传输、批量传输和控制传输）。

下面简单介绍一下域、包、事务、传输，请注意他们之间的关系。

（一）域：是USB数据最小的单位，由若干位组成（至于是多少位由具体的域决定），域可分为七个类型：1、同步域（SYNC），八位，值固定为0000 0001，用于本地时钟与输入同步2、标识域（PID），由四位标识符+四位标识符反码构成，表明包的类型和格式，这是一个很重要的部分，这里可以计算出，USB的标识码有16种，具体分类请看问题五。

硬件设计：接⼝--USB2.0电路设计参考资料：⼀、USB2.0物理特性 1.1、USB接⼝ USB连接器包含4条线，其中VBUS、GND⽤于提供5V电源，电流可达500mA；⽽D+、D-⽤于USB数据传输。

D+、D-是⼀组差分信号，差分阻抗为90欧，具有极强的抗⼲扰性；若遭受外界强烈⼲扰，两条线路对应的电平会同时出现⼤幅度提升或降低的情况，但⼆者的电平改变⽅向和幅度⼏乎相同，所以两者之间的电压差值可始终保持相对稳定。

扩展：USB OTG(即USB On-The-Go)技术在完全兼容USB2.0标准的基础上，增添了电源管理(节省功耗)功能，它允许设备既可作为主机，也可作为外设操作，实现了在没有主机的情况下，设备与设备之间的数据传输。

例如数码相机直接连接到打印机上，通过OTG技术，连接两台设备间的USB⼝，将拍出的相⽚⽴即打印出来。

USB OTG接⼝中有5条线： 2条⽤来传送数据D+ 、D-; 2条是电源线VBUS、GND; 1条是ID线，⽤于识别不同的电缆端点，mini-A插头(即A外设)中的ID引脚接地，mini-B插头(即B外设)中的ID引脚浮空。

当OTG设备检测到接地的ID引脚时，表⽰默认的是A设备(主机)，⽽检测到ID引脚浮空的设备则认为是B设备(外设)。

1.2、反向不归零编码(NRZI) 反向不归零编码(Non Return Zero Inverted Code)的编码⽅式⾮常简单，即⽤信号电平的翻转代表“0”，信号电平保持代表“1”。

这种编码⽅式既可以保证数据传输的完整性，还不需要传输过程中包含独⽴的时钟信号，从⽽可以减少信号线的数量。

但是当数据流中出现长“1”电平时，就会造成数据流长时间⽆法翻转，从⽽导致接收器丢失同步信号，使得读取的时序发⽣严重的错误；所以在反向不归零编码中需要执⾏位填充的⼯作，当数据流中出现连续6个“1”电平就要进⾏强制翻转(即⾃动添加⼀位“0”电平)，这样接收器在反向不归零编码中最多每七位就会出现⼀次数据翻转，从⽽保证了接收器的时钟同步，同时接收器端会扔掉⾃动填充的“0”电平，保证了数据的正确性(即使连续6个“1”电平后为“0”电平,NRZI仍然会填充⼀位“0”电平); USB的数据包就是采⽤反向不归零编码⽅式，所以在总线中不需要时钟信号。

USB之传输编码格式NRZI介绍NRZI （Non-Return-to-Zero Inerted code）⾮归零翻转编码，之前，我先稍微记录⼀下他的前⾝RZ 编码（Return- to - zerocoding） RZ 编码，简单的来说，就是在每⼀位普通的编码后⾯加了⼀个零电平。

所以叫做归零编码，正电平代表1，后⾯再接⼀个0电平，告诉接收器该同步了，负电平代表0，然后⼜接⼀个0电平。

如下图所⽰。

可以看到，每⼀位后⾯都接了⼀位0电平，所以接收器在接收到 0 以后采样即可，这样就不⽤单独的时钟信号，实际上，RZ编码就相当于把时钟信号⽤ 0 编码在数据之内，这样的信号也叫⾃同步（self-clocking）信号。

这样的做法虽然在物理上少了⼀根时钟线，但是在带宽上确有⼀⼤部分都⽤在归零上⾯了。

第⼆种演变，去掉归零 NRZ（Non - Return - to - Zero -code）编码，就是讲 RZ 编码的归零去掉 NRZ编码既是将逻辑1编码作为⼀个DC电平，逻辑0做为另⼀个DC电平。

它与RZ码的区别就是它不⽤归零，也就是说，⼀个周期可以全部⽤来传输数据，这样传输的带宽就可以完全利⽤。

⼀般常见的带有时钟线的传输协议都是使⽤NRZ编码或者差分的NRZ编码。

因此，使⽤NRZ编码若想传输⾼速同步数据，基本上都要带有时钟线，因为本⾝NRZ编码⽆法传递时钟信号。

但在低速异步传输下可以不存在时钟线，但在通信前，双⽅设备要约定好通信波特率，例如UART。

NRZ⼀般⽤于设备内的信号传输，对于串⾏传输，它有许多缺点：（1）数据本⾝不携带时钟信息，因此不能⾃定时（即这样做虽然我们带宽不浪费了，但是我们的时钟线的同步信号⼜要另外给。

）；此外，⼀个全是1或全是0的长串编码结果就是⼀个固定的电平，没有跳变。

（2）它的DC分量随着数据流内容的变化⽽变化，低频内容往往占主导地位。

由于这些原因，除了低速短距离通讯，⽐如SPI等外，NRZ很少⽤于串⾏传输。