1. 概述

Usb = Universal Serial Bus全稱通用串行總線，是一種支持熱插拔的高速串行傳輸總線，使用差分信號來傳輸數據。

USB設備可以直接和host通信，或者通過hub和host通信。一個USB系統中僅有一個USB主機，設備包括功能設備和hub，最多支持127個設備。

由于USB是主從模式的結構，設備與設備之間、主機與主機之間不能互連，為解決這個問題，擴大USB的應用范圍，出現了USB OTG，全拼 ON The Go。USB OTG 同一個設備，在不同的場合下可行在主機和從機之間切換。

USB協議版本有USB1.0、USB1.1、USB2.0、USB3.1等。

速度模式：

USB1.0低速模式：1 .5Mb/s

USB1.1全速模式：12Mb/s

USB2.0 高速模式：480Mb/s????? 500mA

USB3.0 超高速模式： 5.0Gb/s 實際3.2Gb/s??? 900mA

USB3.1 超超高速模式：10Gb/s實際7.2Gb/s 20V/2A-僅限于Type-A/B? 12V/3A-Type-C

USB1.1 OTG? USB2.0 OTG：作為相應的補充，支持點對點通信。?

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供電模式：

自供電：設備從外部電源獲取工作電壓。

總線供電：設備從VBUS(5V) 取電，最多500mA電流，本身容值不超過10uF；

??????????????????? 低功耗USB設備：最大功耗不超過100mA；

??????????????????? ?????????????????高功耗USB設備：枚舉時最大功耗不超過100mA，枚舉完成配置結束后功耗不超過500mA。

????????????????????????????????????????????????????????????????????? （枚舉過程中，通過設備的配置描述向主機報告它的供電模式和功耗要求）

優點：傳輸速度快，支持熱插拔，系統總線供電，支持設備種類多，擴展容易；

缺點：傳輸距離短，供電能力有限。

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2. 硬件結構

USB使用的是差分傳輸模式，兩個數據線D+和D-；他們使用的是3.3V電壓（與CMOS的5V電壓不同）而電源線和地線可以向設備提供最大電流500mA（可以編程設置）

差分信號1：D+ > VOH(min) (2.8V) 且D- < VOL(max)(0.3V)

差分信號0：D- > VOH and D+ < VOL

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USB2.0與USB3.0差別：

USB2.0速度沒USB3.0快；

USB2.0通常是白色或黑色，USB3.0為藍色；

USB2.0是500mA，USB3.0為900mA；USB3.1為20V/5A；

J狀態（高電平）：D+ 高，D- 低

K狀態（低電平）：D+低，D- 高

SEO狀態：D+ 低，D- 高

Reset信號：D+ and D- < VOL for >= 10ms

主機在要和設備通信之前會發送Reset信號來把設備設置到默認的未配置狀態。即主機拉低兩根信號線（SE0狀態）并保持10ms

Idle狀態：J狀態數據發、送前后總線的狀態

Suspend狀態：3ms以上的J狀態

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3. 傳輸結構

集合關系：傳輸類型 -> 事務 -> 包 -> 域

傳輸類型： 控制、中斷、同步、批量

事務： IN、OUT、SETUP

包： 令牌包、數據包、握手包

域： 同步序列域、包標識域、地址域、端點域、幀號域、數據域、CRC校驗域

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注意：

USB的基本數據結構是包；

USB總線發送是LSB在前，MSB在后。

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4. 拓撲結構

Usb主控制器：對叢機設備的控制和數據處理

Usb根集線器：是特殊的usb集線器，集成在主機控制器中，不占用地址；

Usb集線器：可以擴展出更多的USB口。

一個主控制器對應一個根集線器，而一個根集線器通常對應一個或者幾個USB口，比如電腦主機上有7個主控制器和7個根集線器，

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5. 速度檢測

• 全速和低速的識別

主機的hub端的D+和D-上分別接了15k的下拉電阻到地，當主機hub懸空時，主機hub端均為低電平；

usb設備端的D+或者D-上接有1.5k上拉電阻，低速設備的上拉電阻接到D-上，高速和全速設備的上拉電阻接到D+上，當設備插入主機時，根據數據線的電平高低識別速度。

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• 高速設備識別

usb高速設備的D+上接有1.5k的上拉電阻，當設備插入主機時，首先被識別為全速設備。之后，hub和設備需要通過“Chirp序列”的總線握手機制來識別高速和全速設備。整個過程中，高速的hub需要檢測插入的設備是高速、全速還是低速，高速的設備需要檢測所連接上的hub是都支持高速模式，如果雙方都確認成功，就進行以系列的動作，設備從全速切換到高速模式，高速模式下，采用電流傳輸模式，設備需要將上拉電阻斷開。否則，設備以全速模式工作；

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6. HSIC

HSIC—USB High Speed Inter-Chip

是一個兩線源同步的串行接口，使用240MHz雙倍數據速率產生480MHz的高速速率，和傳統的USB電纜連接拓撲結構的主機完全兼容。不支持中速和低速USB轉換。

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480MHz高速數據速率；

源同步串行接口，不傳輸時不耗電；

不支持熱插拔，線路長度10cm；

信號驅動在1.2V標準LVCMOS水平；

不支持高速線性調頻協議，HSIC只能工作在高速狀態；

HSIC可以替換IIC；

常用于3G和4G模塊中。

7. Type-C

• 接口特點

支持正反插；

支持最高20V5A的電源能力，支持快充；

支持USB3.0? USB3.1協議，同時向下兼容USB2.0協議；

多功能：傳輸電源和數據外，還可以傳輸音視頻；

• 管腳定義

????????????? ????????????????????????????????????插座（front view）

???????????????????? ?????????????????????????????插頭（front view）

VBUS：電源

TXn+/TXn-/RXn+/RXn-：USB3.0/3.1高速數據線；

D+/D-：USB2.0數據線；

CC：邏輯功能識別及配置管腳，用來檢測正反插以及充電功率控制。

???????? Type-C作為DFP模式時（類似HOST或適配器）VBUS輸出默認是沒有電壓的，只通過CC線的上拉電流大小來通知外設默認支持電流大小（5V:900mA,1.5A，3A），當接上外設后(UFP)CC線會被外設的5.1K電阻接地，VBUS就會輸出5V。此后雙方可以通過CC線進行數據通信，并協商到更高的充電電壓（PD功能）。

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VCONN：如果使用Active Cable（譬如DP功能），VCONN用來給Cable的芯片供電（共用CC管腳）；

SBU1/2：輔助信號，DP模式下的AUX協議信號；

備注：

DFP：Downstream Facing Port 下行端口可理解為Host，提供VBUS，也可提供數據。

UFP：Upstream Facing Port 上行端口可理解為Device，從VBUS中取電，并可提供數據。

DRP：Dual Role port雙角色端口既可做DFP(Host)，也可做UFP(Device)，也可在DFP與UFP間動態切換。

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8. USB芯片種類

接口芯片：通用USB接口芯片 Usb interface chip

USB 主控制器：USB HOST功能芯片 Usb host chip

USB微控制器：帶USB接口MCU? usb with mcu

并口橋：USB轉并口芯片?? Usb to parallel bridge? ?8bit? 16bit? 32bit

串口橋：USB轉串口芯片 ?Usb to serial bridge?? IIC、SPI或者UART

音頻控制器： Usb Audio Controller? IIS接口

HUB控制器：USB HUB? USB HUB Controller

USB-USB橋：通過USB實現PC互連USB to USB bridge

閃盤控制器：Usb flash controller

讀卡器：智能卡設備類 ?Usb smart card

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