usb协议详解

USB 协议是一种用于计算机与外部设备之间进行数据传输和电力供应的标准协议。以下是对 USB 协议的详细介绍：

物理层

• 接口与引脚：常见的 USB 接口有 A 型、B 型、C 型等。一般包含电源线（VBUS）、地线（GND）以及用于数据传输的差分信号线（D + 和 D-）。
• 信号传输：采用差分信号传输数据信号和时钟信号，抗噪能力强。

数据传输相关概念

• 包（Packet）：是 USB 系统中信息传输的基本单元。由同步字段（SYNC）、包标识符字段（PID）、数据字段、循环冗余校验字段（CRC）和包结尾字段（EOP）组成。包括令牌包、SOF 包、数据包、握手包等类型。
• 事务（Transaction）：在 USB 上数据信息的一次接收或发送的处理过程。由一个令牌包，以及可选的数据、握手、特殊包组成，分为输入（IN）、输出（OUT）、设置（SETUP）事务处理。
• 传输（Transfer）：由多个事务组成，USB 包含控制传输、批量传输、中断传输、同步传输四种基本的数据传输类型。

传输类型

• 控制传输：用于设备连接时的设置和对指定设备的控制，由建立阶段、数据阶段（无数据控制没有此阶段）、状态阶段组成。常用于枚举设备、设置设备参数等。
• 批量传输：用于大批量数据传输，在传输约束下有很广的动态范围，适用于传输大量数据，如文件、音频、视频等，以高速率传输，无数据包序列号，传输速度优先，减少延迟。
• 中断传输：用来匹配人的感觉或对特征反应的回馈，用于需要快速响应的设备，如键盘、鼠标等，保证数据快速到达主机，适用于传输少量数据。
• 同步传输：由预先确定的传送延迟来填满预定的 USB 带宽，用于需要实时数据传输的设备，如音频、视频和游戏控制器，提供固定带宽通道，确保数据以预定速率传输，最小化延迟，但数据丢失率高。

设备管理

• 枚举过程：设备插入 USB 接口后，计算机会发送复位信号，设备初始化后，双方进行握手协议，然后计算机开始枚举设备，发送控制命令，设备返回供应商 ID、产品 ID 等基本信息，计算机据此确定设备类型和功能。
• 电源管理：USB 设备可处于连接、挂起、休眠和关闭等不同电源状态，USB 总线提供多种机制，允许主机控制设备的电源状态和功耗。

特点

• 高速传输：随着版本发展，数据传输速度不断提升，如 USB2.0 的最大速度可达 480Mbps，USB3.2 的最大速度在特定标准下高达 20Gbps。
• 即插即用：支持热插拔，用户可在不关闭或重启系统的情况下连接或移除设备，操作系统能自动配置和发现新设备。
• 通用性强：应用广泛，可连接鼠标、键盘、打印机、存储设备等多种外部设备。
• 电力供应：不仅能传输数据，还能提供电力供应，不同版本规定了不同的电力需求。