1 前言
我們知道USB2.0向下兼容USB1.x，即高速2.0的hub能支持所有的速度類型的設備，而USB1.x的hub不能支持高速設備（High Speed Device）。因此，如果高速設備掛到USB1.x的hub上，那該設備只能工作在全速模式下。不管是hub還是設備（device），對於速度的區分是非常重要的，否則，后續的通信根本無法進行。
2 全速和低速USB的識別
根據規范，全速（Full Speed）和低速（Low Speed）很好區分，因為在設備端有一個1.5k的上拉電阻，當設備插入hub或上電（固定線纜的USB設備）時，有上拉電阻的那根數據線就會被拉高，hub根據D+/D-上的電平判斷所掛載的是全速設備還是低速設備。如下兩圖：
圖1 全速USB設備的連接
圖2 低速USB設備的連接
3 高速USB的識別
USB全速/低速識別相當簡單，但USB2.0，USB1.x就一對數據線，不能像全速/低速那樣僅依靠數據線上拉電阻位置就能識別USB第三種速度：高速。因此對於高速設備的識別就顯得稍微復雜些。
高速設備初始是以一個全速設備的身份出現的，即和全速設備一樣，D+線上有一個1.5k的上拉電阻。USB2.0的hub把它當作一個全速設備，之后，hub和設備通過一系列握手信號確認雙方的身份。在這里對速度的檢測是雙向的，比如高速的hub需要檢測所掛上來的設備是高速、全速還是低速，高速的設備需要檢測所連上的hub是USB2.0的還是1.x的，如果是前者，就進行一系列動作切到高速模式工作，如果是后者，就以全速模式工作。
下圖展示了一個高速設備連到USB2.0 hub上的情形：
圖3 高速USB的協商過程
hub檢測到有設備插入/上電時，向主機通報，主機發送Set_Port_Feature請求讓hub復位新插入的設備。設備復位操作是hub通過驅動數據線到復位狀態SE0(Single-ended 0，即D+和D-全為低電平)，並持續至少10ms。
高速設備看到復位信號后，通過內部的電流源向D-線持續灌大小為17.78mA電流。因為此時高速設備的1.5k上拉電阻還未撤銷，在hub端，全速/低速驅動器形成一個阻抗為45歐姆(Ohm)的終端電阻，2電阻並聯后仍是45歐姆左右的阻抗，所以在hub端看到一個約800mV的電壓（45歐姆*17.78mA），這就是Chirp K信號。Chirp K信號的持續時間是1ms~7ms。
在hub端，雖然下達了復位信號，並一直驅動着SE0，但USB2.0的高速接收器一直在檢測Chirp K信號，如果沒有Chirp K信號看到，就繼續復位操作,直到復位結束，之后就在全速模式下操作。如果只是一個全速的hub，不支持高速操作，那么該hub不理會設備發送的Chirp K信號，之后設備也不會切換到高速模式。
設備發送的Chirp K信號結束后100us內，hub必須開始回復一連串的KJKJKJ….序列，向設備表明這是一個USB2.0的hub。這里的KJ序列是連續的，中間不能間斷，而且每個K或J的持續時間在40us60us之間。KJ序列停止后的100500us內結束復位操作。hub發送Chirp KJ序列的方式和設備一樣，通過電流源向差分數據線交替灌17.78mA的電流實現。
再回到設備端來。設備檢測到6個hub發出的Chirp信號后（3對KJ序列），它必須在500us內切換到高速模式。切換動作有：
- 斷開1.5k的上拉電阻。
- 連接D+/D-上的高速終端電阻（high-speed termination），實際上就是全速/低速差分驅動器。
- 進入默認的高速狀態。
執行1，2兩步后，USB信號線上看到的現象就發生變化了：hub發送出來的Chirp KJ序列幅值降到了原先的一半，400mV。這是因為設備端掛載新的終端電阻后，配上原先hub端的終端電阻，並聯后的阻抗是22.5歐姆。400mV就是由17.78mA*22.5Ohm得來。以后高速操作的信號幅值就是400mV而不像全速/低速那樣的3V。
至此，高速設備與USB2.0 hub握手完畢，進行后續的480Mbps高速信號通信。
最后附上幾幅實際USB高速識別的示波器抓圖，圖中藍色信號是D+,黃色信號是D-。
- 數據線D+在T點之前掛上1.5K電阻，在T點被host拉成SE0狀態。在近2ms后，設備發送第一個Chirp K，向host通知說：我是一個高速設備，如果可能，請用高速方式與我通信。其幅度是800mV（17.78mA * (45ohm ||1.5kohm) = 800mV，見上文解釋）。在這里，Chirp K的持續時間是2.13ms（a，b兩點之間）。
- 這幅圖顯示了host發出的chirp KJ信號的幅度，頭幾個KJ是800mv（a，b之間），隨后的是400mV。圖中可以看到設備在收到第三個chirp J（藍色短條）后馬上把1.5k電阻取消，導致chirp J的幅值下降到400mV。(17.78mA * (45Ohm ||45Ohm) = 17.78mA * 22.5Ohm = 400mV)
圖5 示波器截取的高速USB協商過程2
- 測量了一個chirp J的寬度：43.5us。
圖6 示波器截取的高速USB協商過程3
最后附上一張來自Don Anderson的USB System Architecture里的USB HS接口圖：
