USB2.0學習筆記連載(二):USB基礎知識簡介


  USB接口分為USB A型、USB B型、USBmini型、USBmicro型、USB3.0其中每種都有相應的插座和插頭。

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圖1

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圖2

上圖是USBA型接口,圖1為插座,圖2為插頭。插座指向下行方向,插頭指向上行方向。

USB中一般常用有4根線,兩邊兩根線一般為VBUS(5V的接入或接出線,對應上圖中的1引腳)和GND(對應上圖中的4引腳)。中間兩根為D+(對應上圖中的3引腳),D-(對應上圖中的2引腳),還有外加一個屏蔽層。

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圖3

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圖4

USB B型所對應的各信號和USB A型一致。在各種開發板上比較喜歡用USB B型接口,占PCB面積較小。

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圖5

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圖6

  圖5是插座,圖6是插頭。和USB A和USB B不同的是,USB mini型接口多了一個引腳,那么這個引腳對應圖中的4,此引腳作為ID,只有在OTG情況下才有用。關於OTG筆者搜索了一下資料,現整理如下:

USB OTG是USB On-The-Go的縮寫,是近年發展起來的技術,2001年12月18日由USB Implementers Forum公布,主要應用於各種不同的設備或移動設備間的聯接,進行數據交換。特別是PAD、移動電話、消費類設備。

  由上面的介紹可以得到一個結論,此技術就是實現不同設備之間的連接,並進行數據交換,由於USB設備分為主(Host)和從(Slave),只有當一個主設備和從設備連接時才能實現數據傳輸。而OTG技術也是遵從主從關系,只不過主可能不是PC機,可以是任意其他的設備,然后對於ID引腳,作為主設備,可以將其接地,作為從設備一端的4引腳懸空,這樣就可以區分開誰是主和從的關系。

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圖7

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圖8

   上圖是USB micro的插座和插頭,最常見的例子就是我們的手機數據線,插入手機一端就是USB micro接口。上圖中micro-AB是可以插入USB micro A型插頭或USB micro B型插頭。

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圖9

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圖10

  USB3.0 A型接口。 上圖是USB3.0的靚照,感覺看一個數據線是不是USB3.0的接口,估計最明顯的標注就是在插頭上會有SS標志。USB2.0最大速度也就是高速情況下可以達到480Mbps(60MB/s)半雙工,而USB3.0高速情況下可以達到5.0Gbps(500MB/s)全雙工,注意這里不是5Gb/s除以8得到的640MB/s,而是除以10bit,采用與SATA相同的10bit傳輸模式,編碼規則采用8/10的方法,存在2bit的控制信號,所以USB3.0的理論數據傳輸速率是5Gbps/10bitt=500MB/s。

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圖11

  USB3.0接口和USB2.0接口有很大的不同。USB3.0接口有9根線,前4根線和普通的USB線一樣,后5根線是為超高速做准備。其中超高速輸入引腳5腳為SSRX-,6腳SSRX+,超高速輸出引腳8腳SSTX-,9腳SSTX+,7腳為GND引腳,還包括屏蔽層。

USB3.0在高速情況下之所以比USB2.0快,是因為額外增加兩對傳輸線,如圖11所示。

USB3.0能夠實現較好的電源管理,USB3.0接口供電能力為1A,USB2.0為0.5A。實現USB充電電池,LED照明和mini風扇提供更多的功率。這意味着通過USB3.0來充電可以更快完成充電。能夠使主機更快地識別器件,處理數據效率更高。

轉換到USB 3.0,功耗也是要考慮的很重要的一個問題,因此有效的電源管理就很必要,可以保證設備的空閑的時候減少電力消耗。

   大量的數據流傳輸需要更快的性能支持,同時傳輸的時候,空閑時設備可以轉入到低功耗狀態。甚至可以空下來去接收其他的指令,完成其他動作。其實,在USB 3.0中也並不是所有的東西都更新換代了,比如線纜的長度。當在某些應用中需要盡可能高的吞吐量的時候,往往線纜依舊會成為瓶頸。雖然在USB 3.0規范中,沒有明確指定USB線纜有多長,但是電纜材質和信號質量還是影響了傳輸的效果。因此在傳輸數百兆大數據流的時候,線纜長度最好不要超過3米

  雖然USB 2.0 Hi-Speed的數據傳輸速率是480Mpbs,也就是理想狀況下應該為60MB/s,但是在Windows based操作系統下,由於default driver的限制,實際的效能大約為30MB/s~35MB/s,與60MB/s有一大段距離。

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圖12

  圖12是USB2.0和USB3.0的主要區別。

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圖13

  上圖是USB3.0 B型接口,可以兼容USB2.0和USB3.0接口,買過移動硬盤的朋友應該見過這種接口。


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