USB的相关知识介绍

ID:90014 · 发表于 2015-9-13 16:52

最近因为工作的关系，需要对 USB 设备有点了解。只好重新拿起已经放下了近10年的编程书籍，再次慢慢学习。
想当年 USB 设备刚刚问世的时候，我是很不看好这个系统总线类型。心想现有的串口最少3根线，多到25根数据线，数据传输速率也就只有150k BPS。而只有4根线的USB速度能够高到何处？并且在一根线上串接那么多设备。因此上很不看好这个接口形式，认定这个接口只能用作一些低速的外设，不会有很大的发展前途。这些在今天看来，真的是很看走眼了。如今的USB技术标准已经发展到了USB3.0，使用该接口的设备多如牛毛，并且其速度也远非昔日可比，真是不得不刮目相看了。
从USB设备问世以来，真的从来没有好好的观察过这个小小的接口到底是如何具有这么大的魅力。而这些年来，自己的主要工作也集中在管理方面，很少再接触具体的技术方向了。现在能够再次集中精力看这个，真是很不容易。从工作的过程来看，要想年轻时投入一样多的精力，真的很难很难，不只是手头的事情杂，而更多的是身体无法支撑。就连持续看1-2小时的资料，就明显觉得有点晕晕的，无法再理解其中的深层次细节了。好在休息一会儿还能继续。不能不服老啊。
要能够看好一项技术的未来发展方向真的很难。至少从10年前看USB接口这个事情来看，我的观点是错了。而对于今后的电子产品或技术的发展，有如蓝牙技术，光伏技术，MEMS产品等今后是否能够发扬光大，还是看不很准。包括在电子业界的著名的摩尔定律，在近些年技术发展的情况下，也有点慢慢的偏离了。这说明什么了呢？技术在不断的进步，就会不断有新的应用和新的发现，这些是无法完全预知的。如果要作技术，只有不断地更新自己的知识结构才能不落伍，才能跟进时代的发展。当然，也可能已经处在科技的最前沿了。这只是自我安慰安慰了。

ID:90014 · 发表于 2015-9-13 16:52

前面写了半天，其实与USB技术本身无关的东西，而只是自己的一些感慨罢了。这里就对USB做一点简单的介绍。
1, USB是什么?
Universal Serial Bus，就是通用串行总线。大家如果接触过计算机，大都会看到计算上有很多各种各样的端口，我们可以插一些连线上去。比如，鼠标，U盘等。这些计算机的端口的类型很多，常见的有与显示器连接的VGA接口或DVI接口，键盘，鼠标的圆形PS/2接口，声卡上的喇叭，麦克风插孔等，另外剩下最多的就是USB端口了。
一般的USB口包括计算机端和USB设备端的接口。在计算机端大都为方形，在设备一段就有各种不同型号的端口。如数码相机，打印机，扫描仪，MP3/MP4等上面的USB接口，形式都不相同。
2. USB线
将计算机主机与USB设备相连接的电缆，就是通常说的USB线。根据实际设备的不同，其两端的端口形式各异。近年来有人提倡统一一种形式，方便使用。这个在短期内各家的利益分配不均的情况下，还很难统一。因此可能在每家都会有很多各种不同类型的USB电缆，结果就在电脑上连接的密如蛛网一般。
3, USB 系统的构成
我们通常看到的是采用USB接口与计算机系统相连接的设备，简称 USB 设备，如MP3，USB鼠标，扫描仪，键盘，读卡器，U盘，Usb加密狗(银行提供的)等。对于一个USB系统来说，USB只是一种设备与计算机通讯的连接方式，就好像我们要从深圳罗湖火车站去世界之窗一样，地铁是一种选择，汽车是一种选择，你也可走过去，或者自己骑车过去。这些方式都是手段，就好像可以通过USB口将鼠标与电脑连接，也可以通过PS口连接，也可以通过一般的串行口连接一样。如果将USB与串口相比，就好像是你做地铁与你走路过去一样。USB提供了一种高速的通讯手段。
说到这里，我们看到的只是USB设备端，而在计算机的一端，同样有一个控制的方式，这就是主机控制器。对于USB系统来说，至少包括了主机和设备，通过USB的方式连接，才构成了USB系统。我们平时看到的用PC做主机的USB系统最多，实际上还有其它类型的USB系统，如目前流行的能够直接播放U盘上视频的电视机以及DVD播放器，能够插入U盘的MP4播放器等等，只要能够与USB设备连接，都是USB主机。
4. USB设备
在前面的介绍中，还有另外一类特殊的USB设备，大家会经常用到。这就是用来扩展USB端口数量的设备 - HUB，中文名字叫做集线器。意思是将多个设备的总线集中在一起，然后与上一级相连接。在 USB 协议中，USB系统包括一个 USB 控制器，一个根集线器，以及众多可以多至127个的USB设备。不过这些设备可以是一个具体功能的应用，如鼠标，也可以是另一个集线器，进而与其它设备相连接。
在USB 协议中，最多允许连接5级HUB，每个连接的电缆长度不超过5m。这样USB延长线的最大延长能力就知道了。当连接级数太多时，无法保证信号的完整程度，从而造成连接失效。
5. 其它非正常的USB应用
目前大家都在用手机，可能很多人都会注意到，自己的手机充电器其实就是一个USB数据线，这样就可以不用带专用的充电器，在有电脑的地方，就可以给手机进行充电。这已经是USB借口的一个非正常应用了。按照USB的规范，对于每个USB端口，可以提供最大到500mA的供电电流，但是如果考虑到多个端口都使用这么大电流，会导致系统不稳定。因此大部分设备都会限制使用USB进行充电时的充电电流在100mA左右，最大也不超过300mA，以保护系统的安全。当然，如果采用带有自供电能力的USB HUB，则可另当别论。

小结
从USB的一般常识上，可能知道这些就够了。如果想知道USB设备在Windows系统中如何工作，则必须进入另外一个话题，那就是 Windows 操作系统的设备驱动程序工作原理了。那个话题实在太专业了，慢慢学习，慢慢介绍。

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