
字词转换是中文维基的一项自动转换,目的是通过计算机程序自动消除繁简、地区词等不同用字模式的差异,以达到阅读方便。
字词转换包括全局转换和手动转换,本说明所使用的标题转换和全文转换技术,都属于手动转换。
通用串行总线(Universal Serial Bus,USB)是连接外部设备的一个串口总线标准,在计算机上使用广泛,但也可以用在机顶盒和游戏机上,补充标准On-The-Go(OTG)使其能够用于在便携设备之间直接交换数据。
目录 |
USB 最初是由英特尔与微软公司倡导发起,其最大的特点是支持热插拔(Hot plug)和即插即用(Plug&Play,PnP)。当设备插入时,主机枚举 (enumerate) 此设备并加载所需的驱动程序,因此使用远比 PCI 和 ISA 总线方便。
USB 速度比并行端口(Parallel Port,例如 EPP、LPT)与串行接口(Serial Port,例如 RS-232)等传统电脑用标准总线快上许多。原标准中 USB 1.1 的最大传输带宽为 12Mbps,USB 2.0 的最大传输带宽为 480Mbps。近期推出的USB 3.0更从480Mbps提升到4.8Gbps以上。
USB 的设计为非对称式的,它由一个主机(host)控制器和若干通过 hub设备以树形连接的设备组成。一个控制器下最多可以有 5 级 hub,包括 Hub 在内,最多可以连接 127 个设备,而一台计算机可以同时有多个控制器。 和 SPI-SCSI 等标准不同,USB hub 不需要终结器。
USB 可以连接的外设有鼠标、键盘、游戏手柄、游戏杆、扫描仪、数码相机、打印机、硬盘和网络部件。对数码相机这样的多媒体外设 USB 已经是缺省接口;由于大大简化了与计算机的连接,USB 也逐步取代并口成为打印机的主流连接方式。2004 年已经有超过 1 亿台 USB 设备;到 2007 年高清晰度数字视频外设是仅有的 USB 未能染指的外设类别,因为他需要更高的传输速率。 现标准中将 USB 统一为 USB 2.0, 分为:
USB实装论坛 (USB Implementers Forum, USBIF) 负责 USB 标准制订,其成员包括: 苹果电脑、惠普、NEC、Microsoft 和 Intel。
USBIF 于 2001年底公布了 2.0 规范,之前还有 0.9、1.0、和 1.1,他们都是完全向后兼容的。On-The-Go Supplement to the USB 2.0 Specification 的当前版本是 1.0a。
USB 的连接器分为 A、B 两种,分别用于主机和设备;其各自的小型化的连接器是 Mini-A 和 Mini-B,另外还有 Mini-AB(可同时支援 Mini-A 及 Mini-B)的插口。
目前USB支持3种 数据信号速率,USB设备应该在其外壳或者有时是自身上正确标明其使用的速率。USB-IF进行设备认证并为通过兼容测试并支付许可费用的设备提供基本速率(低速和全速)和高速的特殊商标许可。
| 触点 | 功能(主机) | 功能 (设备) |
|---|---|---|
| 1 | VBUS (4.75-5.25 V) | VBUS (4.4-5.25 V) |
| 2 | D- | D- |
| 3 | D+ | D+ |
| 4 | 接地 | 接地 |
USB 信号使用分别标记为 D+ 和 D- 的双绞线传输,它们各自使用 半双工的差分信号 并协同工作,以抵消长导线的电磁干扰,
| 触点 | 功能 |
|---|---|
| 1 | VBUS (4.4–5.25 V) |
| 2 | D− |
| 3 | D+ |
| 4 | ID |
| 5 | 接地 |
mini USB除了第4针外,其他接口功能皆与标准USB相同。第4针成为ID,在mini-A上连接到第5针,在mini-B可以悬空亦可连接到第5针。
USB实装论坛 (USB-IF)在2007年1月4日颁布了Micro-USB插头标准。[1]该标准将在许多新型智能手机和PDA上替代Mini-USB。Micro-USB插头的插拔寿命为10,000次。相比Mini-USB插头来说,它的高度减半,宽度相差无几。OMTP组织最近宣布Micro-USB成为移动设备数据和电源的标准接口。[2]
USB 标准采用 NRZI 方式(翻转不归零制)对数据进行编码。翻转不归零制(non-return to zero, inverted),电平保持时传送逻辑 1,电平翻转时传送逻辑 0。
一个USB主机通过hub链可以连接多个设备。由于理论上一个物理设备可以承担多种功能,例如路由器同时也可以是一个SD卡读卡器,USB的术语中设备(device)指的是功能(functions)。集线器(hub)由于作用特殊,按照正式的观点并不认为是function。 直接连接到主机的hub是根(root)hub。
设备/功能(和集线器)与管道pipe (逻辑通道)联系在一起,管道把主机控制器和被称为端点endpoint的逻辑实体连接起来。 管道和比特流(例如UNIX的pipeline)有着相同的含义,而在USB词汇中术语端点经常和管道混用,甚至在正式文档中。
端点(和各自的管道)在每个方向上按照0-15编号,因此一个设备/功能最多有32个活动管道,16个进,16个出。(出( OUT)指离开控制器,而入(IN)指进入主机控制器。)两个方向的端点0总是留给总线管理,占用了32个端点中的2个。在管道中,数据使用不同长度的包传递,端点可以传递的包长度上限一般是2n字节,所以USB包经常包含的数据量依次有8、16、32、64、128、256、512或者1024字节。
一个端点只能单向(进/出)传输数据,自然管道也是单向的。每个USB设备至少有两个端点/管道:它们分别是进出方向的,编号为0,用于控制总线上的设备。按照各自的传输类型,管道被分为4类:
一旦设备(功能)通过总线的hub附加到主机控制器,主机控制器就给它分配一个主机上唯一的7位地址。主机控制器通过投票分配流量,一般是通过轮询模式,因此没有明确向主机控制器请求之前,设备不能传输数据。
为了访问端点,必须获得一个分层的配置。连接到主机的设备有且仅有一个设备描述符(device descriptor),而设备描述符有若干配置描述符(configuration descriptors)。这些配置一般与状态相对应,例如活跃和节能模式。 。每个配置描述符有若干接口描述符(interface setting),用于描述设备的一定方面,所以可以被用于不同的用途:如一个相机可能拥有视频和音频两个接口。接口描述符有一个缺省接口设置(default interface setting)和可能多个替代接口设置(alternate interface settings),它们都拥有如上所述的端点描述符。一个端点能够在多个接口和替代接口设置之间复用。
包含主机控制器和根HUB的硬件为程序员提供了由硬件实现定义的接口主机控制器设备 (HCD)。而实际上它在计算机是就是端口和内存映射。
1.0和1.1的标准有两个竞争的HCD实现。康柏的 开放主机控制器接口 (OHCI)和Intel的通用主机控制器接口 (UHCI) 。VIA威盛采纳了UHCI;其他主要的芯片组多使用OHCI。它们的主要区别是UHCI更加依赖软件驱动,因此对CPU要求更高,但是自身的硬件会更廉价。它们的并存导致操作系统开发和硬件厂商都必须在两个方案上开发和测试,从而导致费用上升。因此 USB-IF在USB 2.0的设计阶段坚持只能有一个实现规范,这就是扩展主机控制器接口 (EHCI)。因为EHCI只支持全速传输,所以EHCI控制器包括四个虚拟的全速或者慢速控制器。这里同样是 Intel和Via使用虚拟UHCI,其他一般使用OHCI控制器。
某些版本的Windows上,打开设备管理器,如果设备说明中是否有“增强”("Enhanced"),就能够确认它是2.0版的。而在Linux系统中,命令lspci能够列出所有的PCI设备,而USB会分别命名为OHCI、UHCI或者EHCI。
列出为32位地址的为EHCI,16位的为OHCI
命令lsusb能够显示所有USB设备的信息。命令dmesg能够显示OS启动时关于USB设备的信息。
USB 的封包格式和早期的互联网封包格式非常相似,要了解USB连接原理就一定要先了解封包格式。
| 偏移量 | 类型 | 大小 | 值 |
|---|---|---|---|
| 0 | HeaderChksum | 1 | 利用添加包头进行效验,不包括包头本身的校验。 |
| 1 | HeaderSize | 1 | 包头的大小,包括可用的字串。 |
| 2 | Signature | 2 | 数据值为 0x1234 |
| 4 | VendorID | 2 | USB提供商的ID |
| 6 | ProductID | 2 | USB产品ID |
| 8 | ProductVersion | 1 | 产品版本号 |
| 9 | FirmwareVersion | 1 | 固件版本号 |
| 10 | USB 属性 | 1 | USB Attribute: Bit 0: 如果设为1,包头包括以下三个字串:语言、制造商、产品字串;如果设为0,包头不包括任何字串。 |
| 11 | 最大电力 | 1 | 设备需要的最大电力,以2mA(毫安)为单位。 |
| 12 | 设备属性 | 1 | Device Attributes: Bit 0: 如果设为1,CPU运行在24 MHz;如果设为0,CPU运行在12 MHz。 |
| 13 | WPageSize | 1 | I2C的最大写入页面大小 |
| 14 | 数据类型 | 1 | 该数值定义设备是软件EEPROM还是硬件EEPROM。
0x02: 硬件EEPROM |
| 15 | RpageSize | 1 | I2C最大读取页面大小。如果值为0,整个负载大小由一个I2C读取装置读取。 |
| 16 | PayLoadSize | 2 | 如果将EEPROM作为软件EEPROM使用,表示软件的大小;除此之外该值都是0。 |
| 0xxx | Language string | 4 | 如果有,语言字串是标准的USB字串格式。 |
| 0xxx | Manufacture string | ... | 如果有,制造商字串是标准的USB字串格式。 |
| 0xxx | Product string | ... | 如果有,产品字串是标准的USB字串格式。 |
| 0xxx | Application Code | ... | 如果有,表示应用代码。 |
依附在总线上的设备可以是需要特定的驱动程序的完全定制的设备,也可能属于某个设备类别。这些类别定义了某种设备的行为和接口描述符,这样一个驱动程序可能用于所有此种类别的设备。一般操作系统都为支持这些设备类别,为其提供通用驱动程序。
设备分类由USB设计论坛设备工作组决定,并分配ID。
如果一个设备类型属于整个设备,该设备的描述符的bDeviceClass域保存类别ID;如果它这是设备的一个接口,其ID保存在接口描述符的bInterfaceClass域。他们都占用一个字节,所以最多有253种设备类别。(0x00和0xFF保留)。当bDeviceClass设为0x00,操作系统会检查每个接口的bInterfaceClass以确定其类别。
每种类别可选支持子类别(SubClass)和协议子定义(Protocol subdefinition)。这样可以用于主设备类型的不断修订。
常用设备类别和ID有:
接头是由USB协会所指定,接头的设计一方面为了支持众多USB的基本需求,另一方面也避免以往许多类似串行接头所出现的问题。
USB电缆最长允许5米,更长的距离需要HUB[1].
USB 接头提供一组5伏特的电压,可作为相连接USB设备的电源。实际上,设备接收到的电源可能会低于5V,只略高于4V。USB规范要求在任何情形下,电压均不能超过5.25V;在最坏情形下(经由USB供电HUB所连接的LOW POWER设备)电压均不能低于4.375V,一般情形电压会接近5V。
一个 USB 的HUB最多只能提供 500 mA 的电流。如此的电流已足以驱动许多电子设备,不过连接在总线供电HUB的所有设备,需要共享 500mA 的电流额度。一个由总线供电的设备可以使用到它所连接埠上允许输出的所有电源。
总线供电的HUB可以将电源供给连接在 HUB 上的所有设备,不过 USB 的规范只允许总线供电的 HUB 下游串接一层总线供电的设备,因此,总线供电的 HUB 下游不允许再串接另一个由总线供电的 HUB。许多 HUB 有外加电源,因此可以提供电源给下游的设备,不会消耗总线上的电源。若设备需要的电压超过5V,或是需要电流超过500mA,都需要使用外加电源。
相对于之前其他沟通接口仅能传递讯息数据,高电压USB插槽本身还能提供5V(伏特)的主动电压,及0.5A(安培)的电流,因此对于一些小型设备而言,可以不必再外接电源供应设备,就能利用来自USB插槽的电力顺利运作。利用这特点,也有厂商开发出适当的排线,将USB拿来当作供电插座般使用,例如作为移动电话的充电器,或是提供小型桌灯的电力需要,反而与原本用来连接电脑用的主要用途无关。
USB 使用 USB mass storage device class标准实现Storage设备的连接.它最初被用于传统的磁盘和光盘驱动,但是现在已经扩展到支持大量不同的设备.USB不能用于计算机内部存储设备的基本总线: 像 ATA (IDE), Serial ATA (SATA), 和 SCSI.
然而, USB有一个非常重要的优点,那就是它能够在不关闭电脑主机电源的情况下动态的安装和删除USB设备,这使它成为一个有用的外部设备.今天,大量的生产商提供便携式USB移动硬盘或者一个空的,能够兼容内部驱动的盒子.这些内部驱动通常提供一个转换驱动接口,用以转换IDE, ATA, SATA, ATAPI, 或者 SCSI 到USB port。对于用户来讲,就像连接了一个内部的驱动。其他的竞争标准是eSATA 以及 Firewire.
USB没有完全取代AT键盘接口和PS/2键盘鼠标接口,但是事实上现在所有主板制造商都提供至少多于一个USB接口。到2004年,大多数新主板都配有多个高速USB 2.0接口,尽管有些是内置在主板上的,需要使用电缆连接到位于主机前面板或者侧面的接口。同样的对游戏操纵杆,手柄,写字板和其他人机接口设备的支持逐渐从原声卡上的“MIDI/游戏”接口和PS/2接口上转移到USB上。现在带着USB转PS/2接口转换插头的USB键盘鼠标相当普遍,他们可以使用任意2种接口之一。
使用专用键盘鼠标的苹果电脑1999年1月也开始使用USB接口。最初的IPOD只有IEEE1394接口,后来在3G的IPOD,苹果电脑开始支持USB2.0,但是还不能用作充电,现在的IPOD,已经全面兼容USB与IEEE1394,两者均可充电以及连接电脑主机。
2007年9月18日,Pat Gelsinger在英特尔信息技术峰会上演示了USB 3.0。USB 3.0的目标是提供当前十倍的带宽,利用新增的两对高速线路开启的“Superspeed”模式,可以达到约4.8 Gbit/s (600MB/s),并且可能使用光纤连接。[3][4]USB 3.0的技术规范于2008年8月13日发行,(http://news.cnet.com/8301-13924_3-10016929-64.html) 其商业产品预计于2009年或2010发行。[5] USB 3.0的设计兼容USB 2.0与USB 1.1版本,并且使用了更有效的协议来节约能源。[3]
PictBridge标准可以使得消费者使用的图形设备彼此互通(例如数码相机直接通过打印机输出)。一般它使用USB做为其底层通信协议。
微软Xbox 游戏主机使用标准的USB 1.1信号格式,但使用的是不同于标准的USB的专用接口。同样IBM UltraPort使用的是标准的USB信号格式,但供电能力更强,使用的也是专用接口。
正在开发中的一种无线数据传输标准。[2]设计标准:在3米内达到480Mbp的传输速率,在10米内达到110Mbps的传输速率。
Why are we here?
All text is available under the terms of the GNU Free Documentation License
This page is cache of Wikipedia. History