1、USB的诞生背景
在USB未诞生之前,各种设备要连接到计算机上,都需要通过各自不同各类的接口。如键盘、鼠标使用PS/2接口;打/复印机使用DB-25并行端口;串口使用DE-9串行端口。而且以上接口大多不可热插拨,每次添加设备都需要重启计算机。一种易于使用、低成本、高传输速率、灵活协议、支持扩展的新总线诞生了,他就是USB总线——通用串行总线(Universal Serial Bus)。
2、USB标准的发展演变史
USB通信传输协议的制定组织是USB-IF,成员有因特尔、微软、惠普、苹果等。从 1996 年的第一代 USB 1.0 开始到现在最新的 USB4,中间迭代了很多版本,也经历过多次改名。其标准主要包括以下几个版本,而本文的内容也是基于USB2.0的标准编写的。
A) USB1.0
B) USB2.0
C) USB3.0
D) USB3.1
E) USB3.2
F) USB4
3、USB总线的系统结构
USB系统分为两部分——USB主机、USB设备,当然还有他们之间的连接。结构如下图:
USB总线拓扑结构示意图如下:
USB2.0标准设备共分为两类:USB2.0全速设备(FULL SPEED)和USB2.0高速设备(HIGH SPEED),两者区别如下:
a、度:全速最高支持12Mbps、高速最高支持480Mbps;
b、上拉电阻:USB2.0标准为区分全速和高速设备,协议规定分别在D+和D-上接一个1.5K的上拉电阻。其中,全速设备上拉电阻位于D+、高速设备位于D-;
4、USB主机与从机建立连接的过程(枚举)如下:
■设备插入(通过上拉电阻确定设备接入,且区分是全速设备还是高速设备)
■主机供电
■初始化设备
■获取设备描述符
■再复位
■分配地址(以下操作使用新的设备地址)
■再次获取设备描述符
■获取配置描述符
■获取字符串描述符
■根据上面获取的配置,配置设备
■配置完成即可开始通信
转换为以下更通俗易懂的过程:
当设备连上后:
主机:你是啥设备啊?
设备:0x12 0x01 0x00 0x02……设备描述符
主机:你都有些什么配置(功能)啊?
设备:0x09 0x02……配置描述符(包括接口描述符、端点描述符、功能描述符等)
(主机通过上一步所读取配置描述符,了解设备如项功能所使用的接口和端点)
主机:你有几个接口啊?
设备:0x09 0x04 0x00……接口描述符
主机:每个接口都用哪些端点啊?
设备:0x07 0x05 0x82……端点描述符
主机:我知道啦,那我们开始传输数据吧。
设备:好的。
至此,整个连接过程建立完成,主机设备间可以开始通信。
注意:USB连接以及通信过程中,所有通信发起者都是USB主机,设备只能被动响应。
4、枚举过程中各种描述符
各种描述符之间的关系图:
■设备描述符
■配置描述符
■接口描述符
■端点描述符
■字符串描述符
注:以上图片参考来自网络
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