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通用串行總線（USB）就像20年來無所不在的RS232串行接口一樣應用廣泛。現今發售的大部分PC僅有USB接口，而沒有串口或并口。USB最初是為連接一些基本外設而設計的，但它的易用性和普及性卻使之被用在視頻游戲、PDA、MP3播放器、數據記錄儀等方面。 在進行USB接口設計時，有許多因素需要考慮：是選擇低速、全速，還是高速傳輸速率；采用A型還是B型連接器；功率消耗和兼容性測試問題以及設備類型的選擇都需要考慮。目前，USB OTG（On-The Go）設備是一個很好的選擇。 USB基本結構 一個USB系統是一種分層的星型結構，由一個主控制器和多個點對點或菊花鏈型連接的從設備組成。每個端口可以且僅可以連接一個設備，這個設備也可以是用來擴展端口的USB 集線器（Hub）。多個設備可以形成菊花鏈，但也有一個限制：每個控制器允許有5級分支，并且最多只能有127個設備可以連接到一個主控制器上。 這些設備可以在計算機啟動時插入，也可以熱插入。熱插拔技術對于像數碼相機或便攜音樂播放器這樣的設備是非常方便的，因為這些設備僅僅是為了上傳或下載數據。如果每次想要連接或斷開它們時都要重新啟動系統，則非常不方便。 主機和Hub之間的連接是通過3種類型USB連接器中的一種實現的：用于和主控制器上行連接的“Ａ型”連接器；用于和從設備下行連接的“Ｂ型”連接器；“mini-B”型連接器是小型的“B型”連接器，這些不同的連接器可以避免用戶連接錯誤。 不同類型的USB連接器 USB設備的供電 USB的一個最大特征是USB設備可以通過USB電纜獲得電源。USB電纜有4根導線：電源線、地線以及差分信號對D+和D-。電源和地線可以提供5V電壓，電流高達500mA。 當一個設備接入時，主控制器將通過枚舉的方式來發現它。枚舉使主控制器能夠了解接入的是哪一個設備，它希望執行哪種類型的數據傳輸，它要消耗多少功率，以及其他一些參數。當設備剛插入時，僅允許它吸入100mA的電流，隨后主控制器才允許它吸入最高500mA的電流，這還取決于主控制器分配給已經連接的其他設備所吸入的電流。 在供電上還有一個限制，有些Hub不是自帶電源的，而是簡單地將主控制器的電源直接傳遞到下行連接器上。像打印機、掃描儀和音箱等設備通常自己帶有電源適配器，而像鼠標、鍵盤和閃存盤等設備則是通過USB電纜供電的。 在使用USB電纜時，其最大長度被限制在5m。不過，可以通過6根電纜和5個Hub將電纜延長到30m。 設備配置功能 正如前面提到的，枚舉過程決定了設備的能力。其他功能決定了數據傳輸類型，并幫助裝入合適的驅動程序。USB定義了以下四種傳輸類型。 ● 控制傳輸：向設備發送短的命令和查詢，或接收設備發出的狀態響應。 ● 中斷傳輸：以非常小的數據包傳輸以保證快速的響應，如鼠標或鍵盤等。 ● 塊傳輸：具有錯誤檢測的大數據量傳輸，如打印機或硬盤等。 ● 同步傳輸：沒有錯誤檢測的實時流數據傳輸，如音箱等。 設備內部的驅動程序設置每個下行設備的設備類型，根據不同的設備類型，操作系統可以加載標準的驅動程序。人機接口設備類（HID）和海量存儲設備類（MSD）有操作系統自帶的驅動程序。其他的類型包括音頻類、打印機類、視頻類以及測試測量類等。此外，USB也規定了供應商類，以允許客戶自定義。 USB1.1和USB2.0的傳輸速率 USB1.1在1998年9月份發布，并定義了兩種傳輸速率。低速率USB定義了最大1.5Mb/s的傳輸速率，通常用于HID設備，如鼠標或鍵盤。全速率USB定義了最大12Mb/s的傳輸速率。 2000年4月USB2.0發布，它定義了更高的傳輸速率，可以高達480Mb/s。USB2.0對USB1.1 向下兼容，更高的數據傳輸速率可滿足如音視頻流設備、外置硬盤驅動器接口性能的改善、網絡攝像機、掃描儀和打印機等的數據傳輸要求。 USB將可獲得的帶寬分成由主控制器管理的幀的形式，每個低速或全速幀的幀長為1.5Kb，每一毫秒發送一次。在每個幀中，所有的設備都使用同步傳輸或中斷傳輸獲得時隙，以保證所需的時序要求，其他額外的時間分配給塊傳輸和控制傳輸。雖然最高傳輸速率是1.5、12或480Mb/s，但任何一個設備所用的只是總帶寬的一部分。實際上，總線可以超出最大帶寬的限制，這取決于連接到主控制器上的設備數量，因此，在計算機上有時就需要多個主控制器。 需要注意的另外一點是，市場上的許多設備標稱是USB2.0的，但并不是所有的USB2.0 設備都是高速設備。USB-IF組織提供了“USB標志”和“USB高速標志”，通過這些標志可以區分USB產品的兼容性。 連接USB OTG設備 USB OTG標準最初發行時間是2001年11月，2003年6月進行了一次重要的修訂。主要的變更是允許一個端口即可以是USB主設備，還可以是USB從設備。以主設備或從設備方式工作是由插入設備的電纜的端接形式決定的。 USB OTG的擴充使得像PDA這樣的USB設備能夠與計算機連接，并進行上傳數據或文件。而PDA也可以與打印機連接，來打印圖片或文件，還可以連接USB接口的鍵盤或鼠標，或其他增強PDA使用靈活性的USB設備。由于大部分USB OTG設備是便攜設備或小尺寸設備，所以定義了兩種新型的連接器：“mini-A型”連接器和“mini-B型”連接器。目前，集成USB OTG模塊的MCU雖然不像USB2.0那樣隨處可見，但也逐漸多了起來。 |
