USB的知识讲座

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1、USB 相关知识讲座说到USB,在座的各位同仁应该都不陌生，之前我也是使用一些USB产品，但自从我们公司开始重新开发 MP3数码随身听产品后，对 USB的了解才比较全面一些，但由于 我是硬件出身，对软件方面了解得不多，因此本节课的重点在于 USB 的一些基本知识。一、 USB 相关知识1、USB 简介可以说现在 USB 接口是目前大家使用最频繁的接口，而且是愈来愈有把所有接口都淘汰的趋势。现在打印机、 数码相机、 U 盘（闪存盘）、 MP3 Player 、鼠标、键盘、外置光驱、移动硬盘（外置硬盘）都使用了USB 作为于计算机交换数据的接口；以往大家使用USB接口的存储设备时，主要的原因是它随

2、插即用、内含5V电源的便利特性。但随着U盘、MP3 播放器，甚至 MP4 等产品的内存容量加大，与 USB 硬盘外接盒、 USB 光盘外接盒的普及，大容量的 USB 存储设备 的使用已经十分普遍。虽然 2000年4月时， USBIF（USB Implement Forum USB 执行委员会？ ）就已经制定出 USB 2.0 ，现行市 面上大部分计算机周边产品也都使用了 USB2.0 接口，但仍有不少产品仍然采用 USB 1.1 规格，这就给我们的选购带 来了不少麻烦。现在，经常存取动辄 3 、 4G 硬盘数据的玩家，逐渐开始重视 USB 1.1 与 USB 2.0 的速度差异。毕 竟， US

3、B 2.0 的传输速度是 480Mbps ，但 USB 1.1 的传输速度只有 12Mbps ，每秒的传输速度差距高达 40 倍，在时间 就是金钱的时代，效率分外重要。USB是通用串行总线（Universal Serial Bus ）的英文缩写，它是通过 PCI总线和PC的内部系统 数据线连接，实现数据的传送。 USB 同时又是一种通信协议，他支持主系统 （host） 和 USB 的外围设 备（device）之间的数据传送，在 USB的网络协议中，每个 USB的系统有且只有一个 host，因此，很多 的朋友问我是否可以将两台 PC的USB口通过A-A头连接起来，是否可以实现通信，这样是不行的，

4、 因为对于电脑主板上的 USB设备，都是host,如果连起来就是两个 host的通信，这样一来的一个 USB 的系统有了两个的 host ，与它的网络协议冲突。 Anchorchip 出了一个可以直接连接的设备 （好象是 AN2720SC）实际上是一个由两个背靠背的USB的device组合起来的一块芯片；2、USB 接口的分类按照以前的说法，有 USB1.0、USB1.1和USB2.0三种接口方式，不过据称 USB协会在2004年年 底重新命名了 USB 标准：将 USB1.1 的说法彻底取消了，所有的接口都统称 USB2.0 接口，现在的 USB2.0 标准按速度划分为三大类，具体的分类是：

5、USB2.0 High Speed ：理论速度是 480Mbps ，对应之前的 USB2.0； USB2.0 Full Speed :理论速度是12Mbps，也就是过去的 USB1.1 ； USB2.0 Low Speed :理论速度是1.5Mbps，这个一般用于鼠标、键盘等对速度 要求不高的外部设备。现在还有一种 USB OTG，原来说是USB 2.0的补充规格，也有人说是USB2.0的加强版，因为具有OTG功能的USB对我们的使用非常方便，而目前一般的便携设备上出现的还不是特别多，后面专门介绍一下。3、USB接口的传输速度连接类型传输速率（兆位/秒）串口.92 Mbps标准并口.92 Mb

6、psUSB 1.0/1.11.5 MbpsUSB 2.0 全速12 MbpsECP 并口24 MbpsIEEE1394 (Firewire)400 MbpsUSB 2.0 高速480 MbpsBps指得是 位每秒，如一首4分钟长128KBPS的歌曲大小为：4*60*（ 128Kbps/8） /1024= 3.75MUSB 接口支持 1.5Mb/s（低速）、12Mb/s（全速）和高达 480Mb/s（USB 2.0 规范）的 数据传输速率，扣除用于总线状态、控制和错误监测等的数据传输，USB的最大理论传输速率仍达1.2Mb/s或9.6Mb/s，远高于一般的串行总线接口。例子：目前市场上

7、 MP3播放器的接口都标明的是UBS2.0 了，一些MP3播放器在包装盒上标明“ USB2.0 High，有的标明“ USB2.0 Full，而有的MP3则标的是“ USB2.Q 480Mbps”，这显然比较含 糊，很容易蒙蔽消费者。实际上在使用过程中可以看出，当写入的歌曲容量不大时，采用这两种USB2.0 接口的MP3的写入时间相差还不很大，但当写入的歌曲容量较大时，写入的时间差别就比较大了。如果用700KB/s甚至是300KB/s的速度来写入大容量文件的话，等待的过程是漫长的。曾经有人专门测试过USB 1.1与USB 2.0的传输速度，使用 Windows XP操作系统， 主板支持USB

8、2.0,且所有驱动程序都已安装成功，实测结果显示 USB 1.1的闪存盘，每 秒的读取速度顶多只有1,000kb/sec ;而USB 2.0的闪存盘，每秒的读取速度却可 超 6,000 kb/seco4、影响MP3的USB接口速度的因素（下面说的 USB2.0均指高速版的USB2.0）1主板是否支持 USB2.0，电脑配置的高低对传输速度的影响可以忽略不计。2. 不同版本操作系统以及主板USB2.0驱动版本。Windows 98以下的版本及Wlindows NT都不支持 USB2.0，对USB2.0支持得最好的是 Windows XP SP1 及以上版本。3. MP3播放器采用的芯片也会影响传

9、输速度。采用炬力方案”的MP3的传输速度就比较慢；而采用Telchips、SigmaTel、Philips这些芯片的MP3，传输速度明显有一定的提升。并且采用不同型号芯片的 MP3的传输速度也有差异， 比如SigmaTel 3520 支持USB 2.0 High Speed , SigmaTel 3502 就只支持 USB 2.0 Full Speed ，炬力 ATJ2085支持USB2.0 Full Speed （现在有不少低价 MP3都是 采用的这款芯片）。4. MP3 播放器的存储介质。 一般来说， 采用硬盘存储介质的 MP3 的传输速度， 比采用闪存存储 介质的 MP3 要快一些。5.

10、 MP3 播放器的固件。在同一台电脑上拷贝歌曲，即使采用同样的芯片和介质， MP3 的传输速 度也有一定的差异。 MP3 的新版本固件往往能修整旧版本固件在传输速度方面的 BUG ，让 MP3 的 传输速度更快！5、USB 接口的优点A、 统一了外设接口：USB为所有的USB外设提供了单一的、易于操作的标准的连接类型。这 样一来就简化了 USB 外设的设计，同时也简化了用户在判断哪个插头对应哪个插槽时的任务 实现了单一的数据通用接口。B、节省系统资源： USB 排除了各个设备象鼠标、调制解调器、键盘和打印机设备对去系统资源的需求，因而减少了硬件的复杂性和对端口的占用，整个的USB的系统只有一个

11、端口和一个中断，节省了系统资源。C、USB 支持热插拔 (hot plug) ：也就是说在不关 PC 的情况下可以安全的插上和断开 USB 设 备，动态的加载驱动程序。其他普通的外围连接标准，如 SCSI 设备等必须在关掉主机的情 况下才能增加或移走外围设备。D、USB 支持 PNP (即插即用)。当插入 USB 设备的时候，计算机系统检测该外设并且通过 自动的加载相关的驱动程序来对该设备进行配置，并使其正常工作。E、USB在设备供电方面提供了灵活性。 USB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， 也可以通过电池或者其它的电力设备来供电， 或使用两种供电方式的

12、组合 并且支持节约能源的挂机和唤醒模式。F、USB 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。G、针对不能处理突然发生的非连续传送的设备，如音频和视频设备，USB 可以保证其固定带宽。H、为了适应各种不同类型外围设备的要求， USB 提供了四种不同的数据传送类型。I、USB 使得多个外围设备可以跟主机通信。6、USB的协议不同版本的协议有所不同，不过从USBI.OtUSB1.1t USB2.XUSB OTG勺不断演变，都是朝着更方便实用方面发展，其协议也是慢慢升级完善的。本部分比较专业，都是一些学术术语，只有真正搞USB底层开发的才会深入去研究，对此

13、有兴趣的可以找相关的资料，我这也保存有一些。7、USB OTG简介(1) USBOTG就是 USBOn-The-Go的简称，它是USB2.0规范的补充，结合了对移动应用友好的新特性，包括低功耗、更小的 USB 接头以及在相同的 USB 端口上增加了双重角色的功能 (作为主机 和外设的功能 )。 OTG 通过在没有计算机的情况下，相互之间对等连接使传统的只能作为USB 外设的移动产品的性能和连接性得到扩展。( 2) USB OTG 的特点可以不必通过 PC 就可以实现点对点的连接， 如一个具有 OTG 功能的外设可以跟其它外设直接 通讯；可以实现主从角色转换， On-The-Go 设备非但能与其

14、他 On-The-Go 设备连接，由于內嵌 USB主机端与 USB 外设功能， 因此当它连接到一个普通 USB 外设时， 它可以扮演 USB 主机端的角色， 而当它连接到一个 USB 主机端時，则可以扮演 USB 外设角色；USB OTG 通过五脚接口和五线电缆传输数据。除了传统的 “ VBUS”、“D+”、“D-”、“GND四个针脚外，第五个针脚为 “ID脚，ID脚决定了初始化的主从角色：在 Mini-A 插头中， ID 短路接地，所连设备被初始化为主；在 Mini-B 插头中， ID 悬空，所连设备 被初始化为从。在软件控制下，主从角色也可以利用主设备转换协议 （HNP）进行互换。主设备可

15、提供低功率输出，最小为 8mA 的电流到 USB 电缆，当不传输时可关掉VBUS。在VBUS关闭时，如从属设备需要使用总线，则可请求主设备开启 VBUS，为 VBUS 重新供电。低功耗可支持 USB 设备在电池供电的情况下正常工作 ，延长电池寿命， 节省能源。备注：双角色工作原理OTG 双角色设备驱动程序由 USB 主设备软件包和 USB 设备软件包构成。 OTG 驱动 通过连接器中“ ID的不同连接，或通过是否有主设备转换协议确定双角色设备工作方式 的转换，确定使用 USB 主设备软件包还是 USB 设备软件包。当 OTG 双角色设备以主机方式工作时， USB 主设备软件包工作。主控制驱动完成 USB 主设备软件包与双角色 USB OTG 硬件间的数据交换， USB 总线驱动保存设备的信 息，目标主设备类驱动支持目标设备列表里的设备 。 OTG 提供通用的主设备类驱动程序。当 OTG 双角色设备以从机方式工作时， USB 设备软件包工作。设备控制驱动完成 USB 设备软件包与双角色 USB OTG 硬件间的数据交换， USB 协议层完成 USB 协议规 范， USB 设备类驱动的功能取决于该双角色 OTG 设备的功能。二、 USB 相关器件简介1、接插件（1）电脑上使用的 USB 座：我们见到比较多的是电脑机箱上的 USB 口，那是一个 USB