从零开始学USB（三、基础知识3）

1万 · 2019-7-9 09:23

1. USB 2.0协议内容概览
当前最新的USB协议，已经发展到USB 3.0了。但是主流的USB设备和技术，还是以USB 2.0居多。所以此文，主要是以USB 2.0为基础来学习USB协议的基础知识，当然，会在相关内容涉及到USB 3.0的时候，也把USB 3.0的相关内容添加进来。

关于USB 2.0和USB 3.0等USB的协议规范，可以去官网下载：

http://www.usb.org/developers/docs/

下图就是USB2.0协议的主要章节。

1万 · 2019-7-9 09:24

借用网友总结的图表，详细信息如下：

USB 2.0协议的内容组成

1万 · 2019-7-9 09:24

所以，由上述总结，我们可以看出：

对于只是为USB外设开发驱动的开发者的话，那么有关的章节只有：

4 系统架构综述
5 USB数据流模型
9 USB设备框架工作
10 USB主机的硬件和软件
如果是对于USB外设的电子设计研发人员，有关系的章节有：

4 系统架构综述
5 USB数据流模型
6 机械的
7 电子的

1万 · 2019-7-9 09:25

2. USB协议的版本和支持的速度
USB协议，也像其他协议一样，经历过很多个版本，但是正式发布出来的，主要有4个。

其中，从开始的USB 1.1，发展到后来的USB 2.0，以及最新的协议版本是USB 3.0.

不过这三个版本都是针对的是有线的（corded）设备来说的，在USB 2.0和USB 3.0之间，发布过一个是针对无线设备的USB协议，叫做USB Wireless，也被称为USB 2.5。

其中，USB 1.1中所支持的速度是低速（Low Speed）的1.5Mbits/s，全速（Full Speed）的12Mbits/s，而USB 2.0提高了速度至高速（High Speed）的480Mbits/s，而最新的USB 3.0，支持超高速（Super Speed）的5Gbits/s。

下面简要总结一下，各个USB协议版本的演化历史：

下表展示了USB协议的版本的演化

1万 · 2019-7-9 09:27

3.为何USB的速度，最开始没有设计的更快些？
有人会问，既然USB技术本身可以设计成速度更快的，为何最开始不把USB的设计成速度更快的呢？比如，最开始为啥没有把USB设计成2.0的那样的速度呢？

那是因为，任何规范和协议，都离不开当时的背景。关于USB的速度发展，其有其自身的考虑。

比如最开始的USB 1.1，对于低速的1.5Mbits/s的速度，虽然速度很低，但是由于此速度，主要用于USB鼠标，键盘等低速设备，所以本身就够用了，而且速度低还有个好处，那就是对于电磁辐射EMI的抗干扰能力较强些，而使得设计和制造对应的硬件设备的成本要降低些，比如可以使用相对便宜的陶瓷振荡器（resonator）做晶振（crystal）。

而后来的USB 2.0,的出现，则是为了满足人民群众日益增长的对于高速速度传输方面的需求，比如你从MP3里面拷贝歌曲出来，如果是USB 1.1，那么实际效果最快也就1MB左右，而如果是USB 2.0，平均效果大概有3MB/s,5MB/s，性能好的可达10MB/s，20MB/s，所以，如果拷贝个1G的东西，相当于USB 1.1要1小时左右，而USB 2.0只要1分钟左右。因为如果没有USB 2.0的出现的话，那么现在的人们，早就放弃了USB了，因为谁也忍受不了这个太慢的速度。所以为了满足大家的需求，才有了USB 2.0的出现。

而对于最新的USB 3.0，同理，也是为了满足现在的一些及以后的可能的需求，即希望拷贝蓝光光碟的内容到硬盘上，动辄都是几个G的内容，以USB 2.0的速度，那怎么说也得个几分钟，而有了USB 3.0后，就有望实现，几秒或者几十秒，哗的一下，就把多少个G的东西，拷贝传输到别的介质上了。当然，这只是理论上的，实际的USB 3.0的速度，受到USB设备的硬件本身能力，和对应的软件驱动，以及所设计的介质不同，而会有不同的速度。

1万 · 2019-7-9 09:27

4. USB的功能和特点
USB规范提供了一系列可以实现多种价格/性能的属性集成点，可以启用允许在系统和组件级别进行区分的功能。
功能分为以下优点：

方便终端用户使用

电缆和连接器具有唯一的型号
对终端用户隐藏了电气细节（例如，总线终端）
自识别外设，自动完成配置和驱动程序的功能映射
可动态连接和可重新配置的外围设备
工作负荷和应用范围广

可以同时支持速度几Kb/s至Mb/s的设备
在同一套总线上可以同时支持同步和异步传输类型
支持多连接，支持对多个设备的同时操作
支持多大127个物理设备
在主机和设备上支持对多个数据和消息流的传输
允许使用复合设备，即具有多个功能的外设
具有较小的协议开销，因而总线利用率较高
等时带宽

适用于电话，音频，视频等的保证带宽和低延迟
灵活性

支持多种不同大小的分组，允许在一定范围内选择设备的缓冲区
通过适应数据包缓冲区大小和延迟，允许广泛的设备数据速率
协议中内置了缓冲区处理的流量控制
稳定性

协议中内置了错误处理/故障恢复机制
用户感知的实时识别设备的动态插入和移除（热插拔）
支持识别故障设备
与PC行业的协同作用

协议易于实施和集成
与PC即插即用架构一致
利用现有的操作系统接口
低成本实施

低成本子通道，速率为1.5 Mb / s
针对外设和主机硬件的集成进行了优化
适合开发低成本外围设备
所需的电缆和连接器价格低廉
使用商用技术
升级路径
USB体系结构可以升级，从而在一个系统中支持多个通用串行总线控制器

1万 · 2019-8-6 12:53

非常感谢楼主分享

1万 · 2019-8-6 12:55

帖子不错支持下

1万 · 2019-8-7 10:31

非常感谢各位肯定

从零开始学USB（三、基础知识3）

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