USB通讯基础入门概述

USB系统组成

USB系统主要包括USB主机和USB设备两种设备。

USB主机：提供USB接口和接口管理功能的硬件、软件、固件的复合体。PC机或OTG设备，一个USB系统只能有一个主机.USB主机提的硬件主要包括USB主控制器和USB根集线器。
USB设备：1.集线器HUB：扩展主机接口，设备可以通过其接入主机 2.功能设备，如U盘，USB摄像头，HID键盘鼠标等。

物理连接：即USB电缆，USB使用差分信号传输数据，USB全速/高速模式电缆必须外层屏蔽铜质传输线，且差分数据线双绞。一条USB的传输线分别由地线、电源线、D+、D-四条线构成，D+、D-是差分输入线，使用的是3.3V电压，而电源线与地线可向设备提供5V电压，最大电流500mA。

USB3.0采用了9线制，3.2更是多增加了一结差分收发引线。详见可见：USB引脚接线定义

USB拓扑结构

USB的物理拓扑结构是一种叫做菊花链的方式。

每个USB系统只允许有一个HOST(主机)。允许的最大层数为7层(包含主机)；每层的电缆最大长度为5米，电缆总长度为30米；每层最大允许接5个DEVICE(设备)；

这里的每个系统是一根USB主控制器，也是一个USB根集线器，即一条USB总线。PC中可以有多块USB主控制器，所以也会有多根USB总本。

USB系统程序 应用程序：应用程序运行与USB设备所连接的主机上。部分应用程序会由操作系统的主机提供，大部分应用程序由USB设备供应商提供。驱动程序：驱动程序服务于特定的操作系统，为USB设备提供支持。驱动程序通常由操作系统提供，独立于特定的应用程序和USB设备。主机端控制程序：包括硬件和软件，使USB设备能够被主机识别。 USB速度选择

这里主要介绍USB2.0的速度选择。

USB全速模式

USB全速模式是在D+线上上拉1.5K的电阻。

USB低速模式

USB低速模式是在D-线上上拉1.5K的电阻。

USB信号描述

差分信号：
1: D+ > Voh(2.8V) and D- < Vol(0.3V)
0：D- > Voh and D+ < Vol

J状态：
Low Speed ：Differential(差分信号) 0
Full Speed ：Differential(差分信号) 1

K状态：
Low Speed ：Differential(差分信号) 1
Full Speed ：Differential(差分信号) 0

USB协议分层

USB在逻辑上被分为三层：信号层、协议层、数据传输层。

设备速度的检测

USB信号的编码

USB中的数据采用反向不归零编码方式(NRZI:none-return to zero inverted),并对D+和D-线所处的不同状态定义成J和K两种状态。

数据状态	D+	D-
低速J状态	0	1
低速K状态	1	0

数据的编码/解码(反向不归零码)

说明：遇到0的边沿进行状态改变，如果是1保持原有状态

注：在数据进行NRZI编码前，每6个连续的1信号之后都会插入一个0信号，以免丢失同步。

USB 协议层

包是USB系统中信息传输的基本单位，所有的数据都是经过打包后再总线上传输的。

每个包由6部分组成：同步字段(SYNC)、包标识符(PID)、地址字段(ADDR)、数据字段(DATA，包括帧号)、检验字段(CRC)、包结束(EOP)。

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