1.基本概念介紹

USB (Universal Serial Bus)是1995年Microsoft、Compaq、IBM等公司聯合制定的一種新的PC序列通訊協議。它基於通用連線技術，實現外設的簡單快速連線，達到方便使用者、降低成本、擴充套件PC連線外設範圍的目的。允許外設在開機狀態下熱插拔，最多可串接下來 127 個外設，它可以向低壓裝置提供5伏電源，同時可以減少 PC 機 I/O 介面數量。

2.USB版本

USB 1.0出現在1996年的，速度只有 1.5Mb/s

1998年升級為USB 1.1，速度也提升到 12Mb/s，稱之為”full speed”

USB2.0規範是由USB1.1規範演變而來的。它的傳輸速率達到了 480Mbps，稱之為“high speed”

USB3.0提供了十倍於USB 2.0的傳輸速度和更高的節能效率，速率最高達 5Gbps 被稱為”super speed”。都可向下相容。

3.USB的電氣特性

USB 聯結器包含四條線：2條用於電源供電(VBUS和GND)，2條用於USB資料傳輸(D+和D-)。VBUS提供5V電源，電流可達500mA。D+和D-為雙向訊號線，訊號傳輸速率為12Mbps(每位83ns)。D+和D-訊號電平為3.3V 。

USB OTG介面中有5條線： 2條用來傳送資料（D+ 、D-）; 1條是電源線(VBUS); 1條則是接地線(GND)、1條是ID線

4.USB硬體介面

現如今在移動裝置使用比較多的為：

5.USB的特點

1.可以熱插拔，即插即用。

2.攜帶方便。USB裝置大多以“小、輕、薄”見長，對使用者來說，隨身攜帶大量資料時，很方便。當然USB硬碟是首要之選了。

3.標準統一。大家常見的是IDE介面的硬碟，串列埠的滑鼠鍵盤，並口的印表機掃描器，可是有了USB之後，這些應用外設統統可以用同樣的標準與個人電腦連線，這時就有了USB硬碟、USB滑鼠、USB印表機等等。

4.可以連線多個裝置。USB在個人電腦上往往具有多個介面，可以同時連線幾個裝置，如果接上一個有四個埠的USB HUB時，就可以再連上；四個USB裝置，以此類推，儘可以連下去，將你家的裝置都同時連在一臺個人電腦上而不會有任何問題(注：最高可連線至127個裝置)。

6.USB的拓樸結構

USB 的匯流排結構是採用階梯式星形（tiered star）的拓撲（topology）結構，如下圖所示。每一個星形的中心是集線器，而每一個裝置可以通過集線器上的介面來加以連線。從圖中可以看到USB的設各包含了兩種型別：USB集線器與USB裝置。位於最頂端的就是Host（主機端）。從Host的聯機往下連線至Hub（集線器），再由集線器按階梯式以一層或一階的方式往下擴展出去，連線在下一層的設各或另一個集線器上。事實上，集線器也可視為一種裝置。而其中最大層數為6層（(包括最後一級裝置後共7層)）。每一個星形的外接點的數目可加以變化，一般集線器具有2、4或7個介面。

USB的拓撲體系由3種元素組成：主機(Root Hub與USB主機控制器是繫結在一起的)、Hub和裝置。在PC平臺上的USB中，PC就是主機和根Hub，使用者可以將裝置和下級Hub與之連線。而這些附加的Hub又可以連線更下一級的Hub和裝置，從而構成了星形結構。

圖中的Hub是一類特殊的USB裝置，它是一組USB的連線點，主機中有一個被嵌入的Hub叫根Hub(root Hub)。主機通過根Hub提供若干個連線點。為了防止環狀連線，採用星形連線來體現層次性。

常見的主控制器規格有：

OHCI：主要是非PC系統上的USB晶片，一般是USB1.1標準。

UHCI：主要是Intel和Via主機板上的USB控制器晶片。一般是USB1.1標準。

EHCI：是Intel等幾個廠商研發，並且相容OHCI和UHCI。一般是USB2.0標準。

7.USB匯流排的總體結構

整個USB匯流排可以分為3個部分進行描述：USB連線、USB裝置、USB主機。

USB主機：
　　
　　在USB匯流排中只有一個主機。USB匯流排與計算機主機系統的介面部分就是主機控制器，它可被看做一個硬體、韌體和軟體的結合體。主機系統中集成了一個根hub來提供一個或多個連線點。
　　
USB裝置：

首先USB裝置可被分為兩大類：hub類（提供附加USB接入點的裝置）和功能 裝置類（為系統實現某些功能的裝置，如ISDN介面卡、數字遊戲杆等）。

　　按照功能，USB裝置又可分為很多類，如：音訊、人機互動、顯示、通訊、電源、印表機、海量儲存、物理反饋等裝置。每個USB裝置都必須提供自鑑定資訊和通用的設定。
　　
　　USB裝置都有一個標準的USB介面，它的作用為：解釋USB協議；對標準USB操作的響應，如掛起和設定等；提供裝置的一些描述資訊。
　　
　　在實際的設計應用中，USB裝置的介面有自已的特點。USB介面的正確設計與裝置的效能緊密相關，在USB介面設計之前必須要對裝置的功能、指標進行詳細的分析。
　　
　　連線在USB介面上的裝置通過基於令牌和主機控制的協議來共同享用整個USB頻寬。在其它裝置正常工作的前提下，USB允許某裝置連線、設定、執行和斷開連線。

USB連線：

　　USB連線是指 USB 主機和 USB 裝置的通訊方式與方法，包括：匯流排拓撲（USB主機和裝置之間的連線方式）；層內關係（USB匯流排每一層中的任務）；資料流模式（資料在USB總線上的流動方式）；USB排程（USB提供一個共享的服從排程的互連）。
　　
　　USB裝置是通過USB匯流排連線到USB主機上的。USB總線上的物理連線是一個分層的星形拓撲。處於每個星形拓撲中央的是hub(USB 集線器)。在主機和一個hub或者一個應用之間以及在hub和其它hub或應用之間都是一個點對點的連線。圖1表示了USB的拓撲型別。
　　

8.USB裝置探測

全速和低速裝置通過其端接的上拉電阻的位置來區分。

◆ 全速裝置端，D+線上接上拉電阻1.5K歐姆±5％

◆ 低速裝置端接，D-線上接上拉電阻1.5K歐姆±5％

◆ 下行埠的下拉端接電阻為15K歐姆±5％連線到地（USB 主機端：提供USB介面及介面管理能力的硬體、軟體及韌體的複合體）

當USB下行埠沒有連線裝置時，由於下拉電阻的存在，使D+和D－上的電壓為0，而當埠接上裝置時，裝置供電後，電源會通過上拉電阻（1.5K歐姆）和埠的下拉電阻（15K歐姆）分壓，在D+或D－上產生一個正脈衝，而USB主機根據脈衝產生在哪根資料線上，來判斷是全速還是低速。

9.USB裝置與USB驅動的匹配

USB 裝置與 USB 驅動怎麼匹配的呢？實際上 USB 裝置中有一個模組叫韌體，是韌體資訊和 USB 驅動進行的匹配。韌體是固化在積體電路內部的程式程式碼，USB 韌體中包含了 USB 裝置的出廠資訊，標識該裝置的廠商 ID、產品 ID、主版本號和次版本號等。另外韌體中還包含一組程式，這組程式主要完成 USB協議的處理和裝置的讀寫操作。USB 裝置韌體和 USB 驅動之間通訊的規範是通過 USB 協議來完成的。

參考：