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1.基本概念介绍USB (Universal Serial Bus)是 1995 年 Microsoft、Compaq、IBM 等公司联合制定的一种新的 PC 串行通信协议。它基于通用连接技术，实现外设的简单快速连接，达到方便用户、降低成本、扩展 PC 连接外设范围的目的。允许外设在开机状态下热插拔（电源启动超前于数据传输），最多可串接下来 127 个外设，它可以向低压设备提供5 伏电源，同时可以减少 PC 机 I/O 接口数量。
2.USB 版本USB 1.0 出现在 1996 年的，速度只有 1.5Mb/s
1998 年升级为 USB 1.1，速度也提升到 12Mb/s，称之为”full speed”
USB2.0 规范是由 USB1.1 规范演变而来的。它的传输速率达到了 480Mbps，称之为 “high speed”
USB3.0 提供了十倍于 USB 2.0 的传输速度和更高的节能效率，速率最高达 5Gbps 被称为”super speed”。都可向下兼容。
3.USB 的电气特性USB 连接器包含四条线：2 条用于电源供电( VBUS 和 GND)，2 条用于 USB 数据传输(D+ 和 D-)。VBUS 提供 5V 电源，电流可达 500mA。D+ 和 D- 为双向信号线，信号传输速率为 12Mbps (每位 83ns)。D+ 和 D- 信号电平为 3.3V 。
USB OTG 接口中有 5 条线： 2 条用来传送数据（D+ 、D-）; 1 条是电源线(VBUS); 1 条则是接地线(GND)、1 条是 ID 线
4.USB 硬件接口现如今在移动设备使用比较多的为：
5.USB 的特点可以热插拔，即插即用。
携带方便。USB 设备大多以“小、轻、薄”见长，对用户来说，随身携带大量数据时，很方便。当然 USB 硬盘是首要之选了。
标准统一。大家常见的是 IDE 接口的硬盘，串口的鼠标键盘，并口的打印机扫描仪，可是有了 USB 之后，这些应用外设统统可以用同样的标准与个人电脑连接，这时就有了 USB 硬盘、USB 鼠标、USB 打印机等等。
可以连接多个设备。USB 在个人电脑上往往具有多个接口，可以同时连接几个设备，如果接上一个有四个端口的 USB HUB 时，就可以再连上；四个 USB 设备，以此类推，尽可以连下去，将你家的设备都同时连在一台个人电脑上而不会有任何问题(注：最高可连接至 127 个设备)。
6.USB 的拓朴结构USB 的总线结构是采用阶梯式星形（tiered star）的拓扑（topology）结构，如下图所示。每一个星形的中心是集线器，而每一个设备可以通过集线器上的接口来加以连接。从图中可以看到 USB 的设备包含了两种类型：USB 集线器与 USB 设备。位于最顶端的就是Host（主机端）。从 Host 的联机往下连接至 Hub（集线器），再由集线器按阶梯式以一层或一阶的方式往下扩展出去，连接在下一层的设备或另一个集线器上。事实上，集线器也可视为一种设备。而其中最大层数为 6 层（(包括最后一级设备后共7层)）。每一个星形的外接点的数目可加以变化，一般集线器具有 2、4 或 7 个接口。
USB 的拓扑体系由 3 种元素组成 ：主机(Root Hub 与 USB 主机控制器是绑定在一起的)、Hub 和设备。在 PC 平台上的 USB 中，PC 就是主机和根 Hub，用户可以将设备和下级 Hub 与之连接。而这些附加的 Hub 又可以连接更下一级的 Hub 和设备，从而构成了星形结构。
图中的 Hub 是一类特殊的 USB 设备，它是一组 USB 的连接点，主机中有一个被嵌入的 Hub 叫根 Hub(root Hub)。主机通过根 Hub 提供若干个连接点。为了防止环状连接，采用星形连接来体现层次性。
常见的主控制器规格有：
OHCI：主要是非 PC 系统上的 USB 芯片，一般是 USB1.1 标准。
UHCI：主要是 Intel 和 Via 主板上的 USB 控制器芯片。一般是 USB1.1 标准。
EHCI：是 Intel 等几个厂商研发，并且兼容 OHCI 和 UHCI。一般是 USB2.0 标准。
7.USB 总线的总体结构整个 USB 总线可以分为 3 个部分进行描述：USB 连接、USB 设备、USB 主机。
USB 主机：
在 USB 总线中只有一个主机。USB 总线与计算机主机系统的接口部分就是主机控制器，它可被看做一个硬件、固件和软件的结合体。主机系统中集成了一个根 hub 来提供一个或多个连接点。
USB 设备：
首先 USB 设备可被分为两大类：hub 类（提供附加 USB 接入点的设备）和功能 设备类（为系统实现某些功能的设备，如 ISDN 适配器、数字游戏杆等）。
按照功能，USB 设备又可分为很多类，如：音频、人机交互、显示、通信、电源、打印机、海量存储、物理反馈等设备。每个 USB 设备都必须提供自鉴定信息和通用的设置。
USB 设备都有一个标准的USB接口，它的作用为：解释 USB 协议；对标准 USB 操作的响应，如挂起和设置等；提供设备的一些描述信息。
在实际的设计应用中，USB 设备的接口有自已的特点。USB 接口的正确设计与设备的性能紧密相关，在 USB接口设计之前必须要对设备的功能、指标进行详细的分析。
连接在 USB 接口上的设备通过基于令牌和主机控制的协议来共同享用整个 USB 带宽。在其它设备正常工作的前提下，USB 允许某设备连接、设置、运行和断开连接。
USB 连接：
USB 连接是指 USB 主机和 USB 设备的通信方式与方法，包括：总线拓扑（USB主机和设备之间的连接方式）；层内关系（USB总线每一层中的任务）；数据流模式（数据在USB总线上的流动方式）；USB 调度（ USB 提供一个共享的服从调度的互连）。
USB 设备是通过 USB 总线连接到 USB 主机上的。USB总线上的物理连接是一个分层的星形拓扑。处于每个星形拓扑中央的是 hub(USB 集线器)。在主机和一个hub或者一个应用之间以及在 hub 和其它 hub 或应用之间都是一个点对点的连接。图1表示了 USB 的拓扑类型。
全速和低速设备通过其端接的上拉电阻的位置来区分。
◆ 全速设备端，D+ 线上接上拉电阻 1.5K 欧姆 ±5％
◆ 低速设备端接，D- 线上接上拉电阻 1.5K 欧姆 ±5％
◆ 下行端口的下拉端接电阻为 15K 欧姆 ±5％ 连接到地（USB 主机端：提供USB接口及接口管理能力的硬件、软件及固件的复合体）
当 USB 下行端口没有连接设备时，由于下拉电阻的存在，使 D+ 和 D－上的电压为 0，而当端口接上设备时，设备供电后，电源会通过上拉电阻（1.5K 欧姆）和端口的下拉电阻（15K 欧姆）分压，在 D+ 或 D－上产生一个正脉冲，而USB主机根据脉冲产生在哪根数据线上，来判断是全速还是低速。
9.USB 设备与 USB 驱动的匹配USB 设备与 USB 驱动怎么匹配的呢？实际上 USB 设备中有一个模块叫 固件，是固件信息和 USB 驱动进行的匹配。 固件是固化在集成电路内部的程序代码，USB 固件中包含了 USB 设备的出厂信息，标识该设备的厂商 ID、产品 ID、主版本号和次版本号等。 另外固件中还包含一组程序，这组程序主要完成 USB 协议的处理和设备的读写操作。USB 设备固件和 USB 驱动之间通信的规范是通过 USB 协议来完成的。
参考：1.总线接口与计算机通信（四）USB外部总线（初级认识）
2.USB拓扑结构和USB系统软硬件组成
3.USB物理总线的拓扑结构
4. USB系统结构
5.Linux下的USB总线驱动(01)——USB理论
6.USB总线的体系结构