USB最全的演示

1、 USBUSB -Universal Serial Bus-Universal Serial Bus 通用串行总线通用串行总线目录目录 1：USB基本知识介绍基本知识介绍 2：USB 的发展和应用的发展和应用 3：USB的特点和规范的特点和规范 4：USB系统组成及描述系统组成及描述 5：USB的相关编码与通信方式的相关编码与通信方式 6：USB知识总结知识总结第一部分：第一部分：USB基本知识介绍基本知识介绍1.1 USB的定义的定义 USB通用串行总线（通用串行总线（Universal Serial Bus）是用于将适用）是用于将适用USB的外围设的外围设备连接到主机的外部总线结构，其主要

2、是用在中速和低速的外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.USB是由是由COMPAQ、DIGITAL、IBM、INTEL、MICROSOFT、NEC以及以及Northern Telecom七家公司共同开发的一种新的外设连接技术七家公司共同开发的一种新的外设连接技术.这一技术将最终解决对这一技术将最终解决对串行设备和并行设备如何与计算机相连的争论，大大简化计算机与外设的连串行设备和并行设备如何与计算机相连的争论，大大简化计算机与外设的连接过程。接过程。USB是通过是通过PCI总线和总线和PC的内部系统数据线连接，实现数据的传送。的内部系统数据线连接，实现数据的传送。USB同

3、时又是一种通信协议，支持主系统同时又是一种通信协议，支持主系统(host)和和USB的外围设备的外围设备(device)之间的数据传送。之间的数据传送。 USB通用串行总线（通用串行总线（Universal Serial Bus）是用于将适用）是用于将适用USB的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设.USB是由是由COMPAQ、DIGITAL、IBM、INTEL、MICROSOFT、NEC以及以及Northern Telecom七家公司共同开发的一种新的外设连接七家公司共同开发的一种新的外设连接技术技术.

4、这一技术将最终解决对串行设备和并行设备如何与计算机相连的这一技术将最终解决对串行设备和并行设备如何与计算机相连的争论，大大简化计算机与外设的连接过程争论，大大简化计算机与外设的连接过程1。USB是通过是通过PCI总线和总线和PC的内部系统数据线连接，实现数据的传送。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同时又是一种通信协议，支持主系统议，支持主系统(host)和和USB的外围设备的外围设备(device)之间的数据传送。之间的数据传送。第一部分：第一部分：USB基本知识介绍基本知识介绍第一部分：第一部分：USB基本知识介绍基本知识介绍1.2 USB的分类的分类 A型US

5、B母口（左）和公口（右） B型USB公口 A型mini USB公口 B型mini USB公口第一部分：第一部分：USB基本知识介绍基本知识介绍第一部分：第一部分：USB基本知识介绍基本知识介绍1.3 USB的工作原理的工作原理 AB型USB接口的引脚定义 AB型miniUSB接口的引脚定义第一部分：第一部分：USB基本知识介绍基本知识介绍第一部分：第一部分：USB基本知识介绍基本知识介绍1.4 USB延伸变形延伸变形 USB 和RS232的串口转接线 USB网卡 U盘 wifi无线网卡等等 移动硬盘第二部分：第二部分：USB 的发展和应用的发展和应用2.1 USB的发展背景的发展背景 传统串并

6、口传统串并口 主要存在的缺陷主要存在的缺陷1. 非共享非共享 只支持单外设的连接2. 体体积大积大 不利于PC机外设的小型化3. 规格不一规格不一 连接不方便4. 地址冲突地址冲突 传统的I/O模式，外设被映射为CPU的I/O地址，会带来I/O地址冲突等问题。USB技术应运而生第一部分：第一部分：USB基本知识介绍基本知识介绍1 1：发展历史：发展历史22：PC诞生20年来，其外设一直局限于在鼠标器和打印机，这普遍接口是串口和并口。问题众多。1994年11月11日，USB总线规范0.7版问世，标志着USB诞生，但不够完善，用户很少。1996年1月15日USB1.0版本发布后，才相对成熟，但wi

7、ndows95才首次在PC机上使用，而且接口的外设也很少。USB1.1版发布后，USB开始变成一个流行的接口，市场上也出现了大量的USB外设，但传输速率仅为12Mb/s。USB2.0版本发布后传输速率提高到480Mb/s，使USB的应用更加广泛。：USB 2.0的速度早已经无法满足应用需要，2010年USB 3.0也就应运而生，最大传输带宽高达5.0Gbps，也就是640MB/s，同时在使用A型的接口时向下兼容。I2 2：发展现状：发展现状 USB越来越流行，已经成为一个标准接口。目前市场上出售的PC机都支持USB,而且很多外设只推出了USB版本如移动硬盘和电子盘等。可以预计USB的应用会越来

8、越广泛，其传输速率也会越来越高。第二部分：第二部分：USB 的发展原因和历史的发展原因和历史2.2 USB的发展历史和现状的发展历史和现状第一部分：第一部分：USB基本知识介绍基本知识介绍第三部分：第三部分：USB的特点和规范的特点和规范3.1 USB的特点的特点特性特性描述描述低价位低价位USBUSB提供低价位的连接周边装置方案提供低价位的连接周边装置方案热插热插拔拔即设备连到即设备连到USBUSB时，不必打开机箱，也不必关时，不必打开机箱，也不必关闭主机电源闭主机电源33种类统一种类统一所有使用串行、并行传统接口的外围设备均可所有使用串行、并行传统接口的外围设备均可采用采用USBUSB接口

9、形式接口形式一孔多连一孔多连可连接可连接127127个装置低速装置，采用菊花链形式个装置低速装置，采用菊花链形式. .独立独立供电供电小型设备可由缆线供电小型设备可由缆线供电+5V,+5V,电流为电流为100mA500mA100mA500mA免除系统资源需求免除系统资源需求USBUSB装置不需要内存或输出入地址空间同时软装置不需要内存或输出入地址空间同时软件自动启动件自动启动. .错误侦测与复原错误侦测与复原USBUSB交易包含错误侦测基制以确保数据的正确交易包含错误侦测基制以确保数据的正确传递传递. .当错误发生时当错误发生时, ,交易将被重试交易将被重试. .节省能源节省能源支持四种传输支

10、持四种传输若是经过若是经过3ms3ms总线没有动作总线没有动作,USB,USB装置会自动进装置会自动进入省电状态入省电状态. .USBUSB定义四种传输型态定义四种传输型态, ,以支持各种不同装置的以支持各种不同装置的需求需求: :巨量巨量. .实时实时. .中断及控制传输中断及控制传输44. .但是，目前的但是，目前的USB 的速率的速率仍然不够，仅适用于鼠标、仍然不够，仅适用于鼠标、打印机等低速设备，打印机等低速设备，USB还缺少对老硬件设备的支持，还缺少对老硬件设备的支持，连接距离有限，协议太复杂连接距离有限，协议太复杂第三部分：第三部分：USB的特点和规范的特点和规范3.2 USB的规

11、范的规范在USB规范中，将其分为5个部分，分别是控制器、控制器驱动程序、USB芯片驱动程序、USB设备以及针对不同设备的客户端设备驱动程序5。控制器（控制器（Host ControllerHost Controller）：这是一个物理存在的芯片，它主要负责执行由控制器驱动程序发出的命令。目前控制器几乎全部被集成到了主板南桥芯片之中，无需用户单独购买。控制器驱动程序（控制器驱动程序（Host Controller DriverHost Controller Driver）：在USB与控制器之间建立通信链路。USBUSB芯片驱动程序（芯片驱动程序（USB Chip DriverUSB Chip D

12、river）：提供对USB的支持。USBUSB设备（设备（USB DeviceUSB Device）：与PC相连接的USB外设，包括USB集线器和设备。前者可以连接其他的USB设备，而后者是用来完成特定功能的具体设备。客户端设备驱动程序（客户端设备驱动程序（Client DriverClient Driver）：用来驱动USB设备的驱动程序，通常由USB设备制造商或操作系统提供。第三部分：第三部分：USB的相关特点介绍的相关特点介绍3.3 USB规范的演变规范的演变 USB2.0 USB3.01.USB 1.0是在96年出现的，速度只有1.5Mb/s；08年升级为USB 1.1，速度也大大提升

13、到12Mb/s，在部分旧设备上还能看到这种标准的接口。USB1.1是较为普遍的USB规范，其高速方式的传输速率为12Mbps，低速方式的传输速率为1.5Mbps，大部分MP3为此类接口类型。1.USB2.0规范由USB1.1演变而来的。传输速率达到了480Mbps，足以满足大多数外设的速率要求。USB 2.0的驱动程序驱动可以USB 1.1设备。 使用USB为打印机应用带来的变化则是速度的大幅度提升，相比并口速度提高达到10倍以上1.由Intel、微软、惠普、德州仪器、NEC、ST-NXP等业界巨头组成的Promoter Group宣布，新一代USB 3.0标准已正式公开发布。新规范提供了十倍

14、于USB 2.0的传输速度可广泛用于PC外围设备和消费电子产品。USB 3.0被称为“USB SuperSpeed”，顺应此前的USB 1.1 FullSpeed和USB 2.0 HighSpeed。现在已经面世。USB1.0第三部分：第三部分：USB的相关特点介绍的相关特点介绍效能效能应用应用Low speed键盘,鼠标,监视器Full speed音效,麦克风 打印机High speed 影像,储存硬盘机3.4 不同速率不同速率USB的使用设备的使用设备34第四部分：第四部分：USB系统组成及描述系统组成及描述4.1 USB的组成的组成 USBUSB主机USB连接USB设备第四部分：第四部分

15、：USB基本知识介绍基本知识介绍4.2 USB主机主机主机主控制器客户软件设备驱动程序界面应用程序 USB系统中的主机通过主机控制器与USB设备进行交互6。 主控制器主控制器的主要功能为：检测USB设备的安装或拆卸；管理主机和USB设备间的控制数据流；收集状态和操作信息；向各USB设备提供电源。USB系统软件系统软件管理USB设备驱动程序的运作，包括设备编号和设置、同步数据传输、异步数据传输、电源管理、 设备与总线信息管理等。第四部分：第四部分：USB系统组成及描述系统组成及描述4.3 USB设备设备 按照功能不同，可分为2大类：集线器和功能设备集线器为USB系统提供额外的连接点；功能设备提供

16、额外的功能 集线器 功能设备 集线器可以级联，但最多是5个 可以与主机进行数据和控制信息（不包含根集线器） 交互，为主机提供额外 ，是一 个独的外围设备，实现单一的功能 第五部分：第五部分：USB的相关编码与通信方式的相关编码与通信方式5.1 USB数据编码和解码数据编码和解码78 当PC主机对设各发出控制信号时，所有连接的设备都通过根集线器收到同样的信号，但是经过对比所配置的设备地址后，只能有一个设备作出相对应的动作。因此对一个设备而言，不仅要无误地接收主机端所送来的数据，还要正确地发出响应的信号。因此，在D与D-的差动数据线上就必须采用一种特别的编号方式再加以传送出去，以解决在USB缆线所

17、产生信号延迟以及误差等问题。第五部分：第五部分：USB的相关编码与通信方式的相关编码与通信方式5.2 USB数据编码和解码数据编码和解码 USB采用了NRZI（Non Return to Zero Invert，翻转非零码）的编码方式，无须同步的时钟信号也能产生同步的数据存取。NRZI的编码规则是，当数据位为“1”时不转换，为“0”时再作转换。第五部分：第五部分：USB的相关编码与通信方式的相关编码与通信方式5.2 USB数据编码和解码数据编码和解码 NRZ-I编码中，编码后电平只有正负电平之分，没有零电平，是不归零编码。NRZ-I电平的一次翻转代表逻辑0。 与前一个电平相同的信号代表逻辑1（

18、翻转为0，不变为1）。根据这一编码原则，假设发送端传送8位数据流0000 0001B，前面的7个0位经过NRZ-I编码后，将得到7次翻转信号。在接收端根据脉宽很容易得到同步接收时钟。此后根据这个频率的倍频来采样后面的数据。在传输过程中，每一次编码的跳变都可以用来同步。即发送数据前，首先发送同步头SYNC，内容为01H。这样就可以同步传输数据了，且字节开头和结尾不需要起始位和停止位 NRZI的编码方式会遇到一个很严重的问题：若重复相同的“1”信号一直进入时，就会造成数据长时间无法转换，逐渐地累积而导致“塞车”的状况，使得读取的时序就会发生严重的错误。因此，在NRZI编码之间，还需执行所谓的位填充

19、（bit-stuffing）的工作。第一部分：第一部分：USB基本知识介绍基本知识介绍5.2 USB数据编码和解码数据编码和解码 若原始的串行数据中含有连续6个“1”位，就在其后填塞一个“0”位，强制在NRZI编码的数据流中加入跳变，执行位填塞的工作。第五部分：第五部分：USB的相关编码与通信方式的相关编码与通信方式第五部分：第五部分：USB的相关编码与通信方式的相关编码与通信方式5.2 USB数据编码和解码数据编码和解码 位填充操作从同步数据段开始，贯穿于整个传送过程，在同步数据段的数据“1”作为真正数据流的第一位。位填充操作毫无例外由传送端强制执行。 在发送端进行数据传输之前，须先执行位填

20、塞和NRZI编码的工作。相对的，在接收端进行数据接收之前，就必须先执行NRZI译码，识别插入位并去掉它们，然后再做位反填塞（unbit-stuffing）的工作。如果接收端发现数据包中任一处有七个连续的“1”，则将会产生一个位插入错误，该数据包将被忽略。第五部分：第五部分：USB的相关编码与通信方式的相关编码与通信方式5.3 USB的容错性能的容错性能78第五部分：第五部分：USB的相关编码与通信方式的相关编码与通信方式5.3 USB的容错性能的容错性能第五部分：第五部分：USB的相关编码与通信方式的相关编码与通信方式5.4 USB的分层的分层 为便于理解主机和为便于理解主机和USB设备间的数

21、据传输机制。从逻辑上看，客设备间的数据传输机制。从逻辑上看，客户软件通过一组管道来与户软件通过一组管道来与USB设备的功能单元进行通信所有实际的设备的功能单元进行通信所有实际的USB数据传输都是由主机和数据传输都是由主机和USB设备的设备的SIE（串行接口机）来完成。（串行接口机）来完成。USB分层功能层设备层总线接口层第五部分：第五部分：USB的相关编码与通信方式的相关编码与通信方式5.5 USB的功能层的功能层9 功能层负责实现USB设备的特定功能。该层不理解USB的串行传输机制，而只是知道应该和USB设备传输哪些数据，它由主机方的客户软件和设备方的功能单元组成。功能单元是客户软件对USB

22、设备的抽象，且被看作是一个接口的集合。在功能层中，客户软件仅仅对USB设备的接口感兴趣，且只需与功能单元进行通信。 1控制（控制（Control）方式）方式传送传送：控制传送是双向传送，数据量通常比较小。USB系统软件用来主要进行查询、配置和给USB设备发送通用的指令。控制传输典型地用于主计算机和USB外设之间的端点（Endpoint）之间的传输。2同步方式传送同步方式传送：同步传输提供了确定的带宽和间隔时间。它被用于时间严格并具有较强容错性的流数据传输。如执行即时通话的网络电话应用。要求确定的带宽值和确定的最大传送次数。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3中断方式传送中断方式

23、传送：中断方式传输主要用于定时查询设备是否有中断数据。设备的端点模式器的结构决定了它的查询频率，典型的应用在少量的、不可预测数据的传输。键盘、操纵杆和鼠标就属于这一类型。中断方式传送是单向的并且只有输入的方式。4大量传送大量传送：主要应用数据大量传送和接收，又没有带宽和间隔时间要求的情况下，要求保证传输。打印机和扫描仪属于这种类型。这种类型的设备适合于传输非常慢和大量被延迟的传输，可以等到所有其他类型的数据的传送完成之后再传送和接收数据。第五部分：第五部分：USB的相关编码与通信方式的相关编码与通信方式5.6 USB设备层设备层 USB设备层理解实际的USB通信机制和USB功能设备所要求的传输

24、特性。这一层由主机方的USB系统软件和设备方的USB逻辑设备组成。USB系统软件将设备端的USB逻辑设备视为一组可构成一个功能接口的数个端点，USB逻辑设备便成了一群端点的集合。虽然USB设备是以层次星型的总线拓扑结构来连接的;但在主机看来，其与每一个USB逻辑设备的通信就像是它们之间连接在根集线器上一样。它们之间的通信不需要功能层的干预，但实际的数据传输仍是由USB总线接口层来完成的第五部分：第五部分：USB的相关编码与通信方式的相关编码与通信方式5.7 USB的接口层的接口层 USB总线接口层由主机方的USB主控制器和设备方的总线接口组成，位于通信体系的最低层，代表了USB数据线所进行的实际数据传输，这一传输在主机系统和USB设备之间进行。主机一方由USB主机控制器和根集线器所组成，而设备端则是由设备中所内含的USB接口所构成。这一层包含有物理实体连接、电气信号环境以及封包(信号包)的传输机制。 USB物理总线拓扑结构物理总线拓扑结构第六部分：第六部分：USB知识总结知识总结 随着计算机硬件飞速发展，外围设备日益增多，键盘、鼠标、调制解调器、打印机、扫描仪早已为人所共知，数码相机、MP3随身听接踵而至。由于各种外部设备不断增加，计算机所提供用于连接外设的资源也就不能满足，时常因为不能提供更多的接口，而