usb協議詳解

USB 協議是一種用于計算機與外部設備之間進行數據傳輸和電力供應的標準協議。以下是對 USB 協議的詳細介紹：

物理層

• 接口與引腳：常見的 USB 接口有 A 型、B 型、C 型等。一般包含電源線（VBUS）、地線（GND）以及用于數據傳輸的差分信號線（D + 和 D-）。
• 信號傳輸：采用差分信號傳輸數據信號和時鐘信號，抗噪能力強。

數據傳輸相關概念

• 包（Packet）：是 USB 系統中信息傳輸的基本單元。由同步字段（SYNC）、包標識符字段（PID）、數據字段、循環冗余校驗字段（CRC）和包結尾字段（EOP）組成。包括令牌包、SOF 包、數據包、握手包等類型。
• 事務（Transaction）：在 USB 上數據信息的一次接收或發送的處理過程。由一個令牌包，以及可選的數據、握手、特殊包組成，分為輸入（IN）、輸出（OUT）、設置（SETUP）事務處理。
• 傳輸（Transfer）：由多個事務組成，USB 包含控制傳輸、批量傳輸、中斷傳輸、同步傳輸四種基本的數據傳輸類型。

傳輸類型

• 控制傳輸：用于設備連接時的設置和對指定設備的控制，由建立階段、數據階段（無數據控制沒有此階段）、狀態階段組成。常用于枚舉設備、設置設備參數等。
• 批量傳輸：用于大批量數據傳輸，在傳輸約束下有很廣的動態范圍，適用于傳輸大量數據，如文件、音頻、視頻等，以高速率傳輸，無數據包序列號，傳輸速度優先，減少延遲。
• 中斷傳輸：用來匹配人的感覺或對特征反應的回饋，用于需要快速響應的設備，如鍵盤、鼠標等，保證數據快速到達主機，適用于傳輸少量數據。
• 同步傳輸：由預先確定的傳送延遲來填滿預定的 USB 帶寬，用于需要實時數據傳輸的設備，如音頻、視頻和游戲控制器，提供固定帶寬通道，確保數據以預定速率傳輸，最小化延遲，但數據丟失率高。

設備管理

• 枚舉過程：設備插入 USB 接口后，計算機會發送復位信號，設備初始化后，雙方進行握手協議，然后計算機開始枚舉設備，發送控制命令，設備返回供應商 ID、產品 ID 等基本信息，計算機據此確定設備類型和功能。
• 電源管理：USB 設備可處于連接、掛起、休眠和關閉等不同電源狀態，USB 總線提供多種機制，允許主機控制設備的電源狀態和功耗。

特點

• 高速傳輸：隨著版本發展，數據傳輸速度不斷提升，如 USB2.0 的最大速度可達 480Mbps，USB3.2 的最大速度在特定標準下高達 20Gbps。
• 即插即用：支持熱插拔，用戶可在不關閉或重啟系統的情況下連接或移除設備，操作系統能自動配置和發現新設備。
• 通用性強：應用廣泛，可連接鼠標、鍵盤、打印機、存儲設備等多種外部設備。
• 電力供應：不僅能傳輸數據，還能提供電力供應，不同版本規定了不同的電力需求。