通訊教程05 USB介面 標準和基礎原理

2021-10-10 05:13:17 字數 2553 閱讀 6010

usb:universal serial bus,通用序列匯流排。

usb最初由英特爾與微軟倡導發起,最大的特點是盡可能的實現熱插拔和即插即用。

usb匯流排是差分訊號嗎?

什麼是usb 2.0、usb 3.0?

什麼是低速、全速、高速?

什麼是type-a、type-b、type-c?

資料傳輸速率為1.5mbit/s(low-speed)。無**及通過檢測功能。僅極少數出現在市場上。

修正1.0版已發現的問題,大部分是關於usb hubs。最早被採用的修訂版。資料傳輸速率為12mbit/s(full-speed)。

增加更高的資料傳輸速率480mbit/s(現在稱作hi-speed),但受限於bot傳輸協議和nrzi編碼方式,實際最高傳輸速度只有35mbyte/s左右。

usb otg(on-the-go)是usb2.0規格的補充標準。

速度由480mbps大幅提公升到5gbps,usb 3.0插座通常是藍色的,並向下相容usb 2.0。

usb 3.1:2023年7月31日發布

傳輸速度提公升為10gb/s,比usb3.0的5gb/s快上一倍,並向下相容usb 2.0/1.0,電力**可高達100w。

採用thunderbolt 3協議規格,使thunderbolt 3裝置將能相容於usb 4,現有3.2及2.0也向下相容。速度方面加倍來到兩條通道總共40gb/s的傳輸速度。

usb-if當前正式的主版本號只有usb 2.0和usb 3.2兩個。

(usb-if:usb implementers forum,usb標準化組織)

usb標準化組織主版本只有兩個,但現在usb標準中,按照速度等級和連線方式分為以下幾種版本:usb 1.0、 1.1、 2.0、 3.0、 3.1、 3.2。

下面給一張圖:

之前寫過一篇文章:usb4規範正式公布,傳輸頻寬高達40gbps

準確的說,主版本號除了usb 2.0和usb 3.2,還應該有乙個usb4。

上面那張圖資訊量有點大,你會發現我們學習、開發板上使用的基本都是usb 2.0版本(低速、全速、高速),也是眾多嵌入式產品中常用的一種。

現在流行於手機中的一種介面【type-c】,相信絕大部分人都知道。

type-c屬於usb中一種較新的介面,在這之前其實還有type-a和type-b(可能很多人不知道)。

下面給一張圖:

你會發現介面的觸點有4個的,也有5個的。其中多的那個引腳為usb_id,主要用於otg(on-the-go)主裝置和從裝置。

otg裝置使用插頭中的id引腳來區分a/b device,id接地被稱作為a-device,充當usb host,a-device始終為匯流排並提供電力。

id懸空被稱作為b-device,充當usb device。裝置的usb host/usb device角色可以通過hnp(主機交換協議)切換。

usb訊號使用分別標記為d+和d- 的雙絞線傳輸,它們各自使用半雙工的差分訊號並協同工作,以抵消長導線的電磁干擾。

因為usb裝置型別有很多,同時又做了相容,因此就需要對不同裝置進行識別。

這裡講述一下低速、全速和高速裝置的識別原理(官方有手冊)。

低速(low speed)和全速(full speed)裝置區分方法比較簡單:在裝置端有乙個1.5k的上拉電阻,當裝置插入hub或上電(固定線纜的usb裝置)時,有上拉電阻的那根資料線就會被拉高,hub根據d+/d-上的電平判斷所掛載的是全速裝置還是低速裝置。

如下圖:

(上面)usb低速和全速的識別比較簡單,但只有一對d+和d-資料線,高速裝置就不能再像上面那樣僅依靠資料線上拉電阻來識別。

高速裝置初始是以乙個全速裝置的身份出現,和全速裝置一樣,d+線上有乙個1.5k的上拉電阻。usb2.0的hub把它當作乙個全速裝置,之後,hub和裝置通過一系列握手訊號確認雙方的身份。

如上圖,hub檢測到有裝置插入/上電時,向主機通報,主機傳送set_port_feature請求讓hub復位新插入的裝置。裝置復位操作是hub通過驅動資料線到復位狀態se0(single-ended 0,即d+和d-全為低電平),並持續至少10ms。

具體識別過程相對複雜,具體可見下面描述:

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