1. 概述

Usb = Universal Serial Bus全稱通用序列匯流排，是一種支援熱插拔的高速序列傳輸匯流排，使用差分訊號來傳輸資料。

USB裝置可以直接和host通訊，或者通過hub和host通訊。一個USB系統中僅有一個USB主機，裝置包括功能裝置和hub，最多支援127個裝置。

由於USB是主從模式的結構，裝置與裝置之間、主機與主機之間不能互連，為解決這個問題，擴大USB的應用範圍，出現了USB OTG，全拼 ON The Go。USB OTG 同一個裝置，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-僅限於Type-A/B  12V/3A-Type-C

USB1.1 OTG  USB2.0 OTG：作為相應的補充，支援點對點通訊。 

供電模式：

自供電：裝置從外部電源獲取工作電壓。

匯流排供電：裝置從VBUS(5V) 取電，最多500mA電流，本身容值不超過10uF；

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

                                     高功耗USB裝置：列舉時最大功耗不超過100mA，列舉完成配置結束後功耗不超過500mA。

                                                                      （列舉過程中，通過裝置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，支援熱插拔，系統匯流排供電，支援裝置種類多，擴充套件容易；

缺點：傳輸距離短，供電能力有限。

2. 硬體結構

USB使用的是差分傳輸模式，兩個資料線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裝置提供最大電流500mA（可以程式設計設定）

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

差分訊號0：D- > VOH and D+ < VOL

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訊號：D+ and D- < VOL for >= 10ms

主機在要和裝置通訊之前會發送Reset訊號來把裝置設定到預設的未配置狀態。即主機拉低兩根訊號線（SE0狀態）並保持10ms

Idle狀態：J狀態資料發、送前後匯流排的狀態

Suspend狀態：3ms以上的J狀態

3. 傳輸結構

集合關係：傳輸型別 -> 事務 -> 包 -> 域

傳輸型別： 控制、中斷、同步、批量

事務： IN、OUT、SETUP

包： 令牌包、資料包、握手包

域： 同步序列域、包標識域、地址域、端點域、幀號域、資料域、CRC校驗域

注意：

USB的基本資料結構是包；

USB匯流排傳送是LSB在前，MSB在後。

4. 拓撲結構

Usb主控制器：對叢機裝置的控制和資料處理

Usb根集線器：是特殊的usb集線器，整合在主機控制器中，不佔用地址；

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，

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裝置端的D+或者D-上接有1.5k上拉電阻，低速裝置的上拉電阻接到D-上，高速和全速裝置的上拉電阻接到D+上，當裝置插入主機時，根據資料線的電平高低識別速度。

• 高速裝置識別

usb高速裝置的D+上接有1.5k的上拉電阻，當裝置插入主機時，首先被識別為全速裝置。之後，hub和裝置需要通過“Chirp序列”的匯流排握手機制來識別高速和全速裝置。整個過程中，高速的hub需要檢測插入的裝置是高速、全速還是低速，高速的裝置需要檢測所連線上的hub是都支援高速模式，如果雙方都確認成功，就進行以系列的動作，裝置從全速切換到高速模式，高速模式下，採用電流傳輸模式，裝置需要將上拉電阻斷開。否則，裝置以全速模式工作；

6. HSIC

HSIC—USB High Speed Inter-Chip

是一個兩線源同步的序列介面，使用240MHz雙倍資料速率產生480MHz的高速速率，和傳統的USB電纜連線拓撲結構的主機完全相容。不支援中速和低速USB轉換。

480MHz高速資料速率；

源同步序列介面，不傳輸時不耗電；

不支援熱插拔，線路長度10cm；

訊號驅動在1.2V標準LVCMOS水平；

不支援高速線性調頻協議，HSIC只能工作在高速狀態；

HSIC可以替換IIC；

常用於3G和4G模組中。

7. Type-C

• 介面特點

支援正反插；

支援最高20V5A的電源能力，支援快充；

支援USB3.0  USB3.1協議，同時向下相容USB2.0協議；

多功能：傳輸電源和資料外，還可以傳輸音視訊；

• 管腳定義

                                                  插座（front view）

                                                  插頭（front view）

VBUS：電源

TXn+/TXn-/RXn+/RXn-：USB3.0/3.1高速資料線；

D+/D-：USB2.0資料線；

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或介面卡）VBUS輸出預設是沒有電壓的，只通過CC線的上拉電流大小來通知外設預設支援電流大小（5V:900mA,1.5A，3A），當接上外設後(UFP)CC線會被外設的5.1K電阻接地，VBUS就會輸出5V。此後雙方可以通過CC線進行資料通訊，並協商到更高的充電電壓（PD功能）。

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

SBU1/2：輔助訊號，DP模式下的AUX協議訊號；

備註：

DFP：Downstream Facing Port 下行埠可理解為Host，提供VBUS，也可提供資料。

UFP：Upstream Facing Port 上行埠可理解為Device，從VBUS中取電，並可提供資料。

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

8. USB晶片種類

介面晶片：通用USB介面晶片 Usb interface chip

USB 主控制器：USB HOST功能晶片 Usb host chip

USB微控制器：帶USB介面MCU  usb with mcu

並口橋：USB轉並口晶片   Usb to parallel bridge   8bit  16bit  32bit

串列埠橋：USB轉串列埠晶片  Usb to serial bridge   IIC、SPI或者UART

音訊控制器： Usb Audio Controller  IIS介面

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：智慧卡裝置類  Usb smart card