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  • USB2.0学习笔记连载(二):USB基础知识简介

      USB接口分为USB A型、USB B型、USBmini型、USBmicro型、USB3.0其中每种都有相应的插座和插头。

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    图1

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    图2

    上图是USBA型接口,图1为插座,图2为插头。插座指向下行方向,插头指向上行方向。

    USB中一般常用有4根线,两边两根线一般为VBUS(5V的接入或接出线,对应上图中的1引脚)和GND(对应上图中的4引脚)。中间两根为D+(对应上图中的3引脚),D-(对应上图中的2引脚),还有外加一个屏蔽层。

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    图3

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    图4

    USB B型所对应的各信号和USB A型一致。在各种开发板上比较喜欢用USB B型接口,占PCB面积较小。

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    图5

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    图6

      图5是插座,图6是插头。和USB A和USB B不同的是,USB mini型接口多了一个引脚,那么这个引脚对应图中的4,此引脚作为ID,只有在OTG情况下才有用。关于OTG笔者搜索了一下资料,现整理如下:

    USB OTG是USB On-The-Go的缩写,是近年发展起来的技术,2001年12月18日由USB Implementers Forum公布,主要应用于各种不同的设备或移动设备间的联接,进行数据交换。特别是PAD、移动电话、消费类设备。

      由上面的介绍可以得到一个结论,此技术就是实现不同设备之间的连接,并进行数据交换,由于USB设备分为主(Host)和从(Slave),只有当一个主设备和从设备连接时才能实现数据传输。而OTG技术也是遵从主从关系,只不过主可能不是PC机,可以是任意其他的设备,然后对于ID引脚,作为主设备,可以将其接地,作为从设备一端的4引脚悬空,这样就可以区分开谁是主和从的关系。

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    图7

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    图8

       上图是USB micro的插座和插头,最常见的例子就是我们的手机数据线,插入手机一端就是USB micro接口。上图中micro-AB是可以插入USB micro A型插头或USB micro B型插头。

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    图9

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    图10

      USB3.0 A型接口。 上图是USB3.0的靓照,感觉看一个数据线是不是USB3.0的接口,估计最明显的标注就是在插头上会有SS标志。USB2.0最大速度也就是高速情况下可以达到480Mbps(60MB/s)半双工,而USB3.0高速情况下可以达到5.0Gbps(500MB/s)全双工,注意这里不是5Gb/s除以8得到的640MB/s,而是除以10bit,采用与SATA相同的10bit传输模式,编码规则采用8/10的方法,存在2bit的控制信号,所以USB3.0的理论数据传输速率是5Gbps/10bitt=500MB/s。

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    图11

      USB3.0接口和USB2.0接口有很大的不同。USB3.0接口有9根线,前4根线和普通的USB线一样,后5根线是为超高速做准备。其中超高速输入引脚5脚为SSRX-,6脚SSRX+,超高速输出引脚8脚SSTX-,9脚SSTX+,7脚为GND引脚,还包括屏蔽层。

    USB3.0在高速情况下之所以比USB2.0快,是因为额外增加两对传输线,如图11所示。

    USB3.0能够实现较好的电源管理,USB3.0接口供电能力为1A,USB2.0为0.5A。实现USB充电电池,LED照明和mini风扇提供更多的功率。这意味着通过USB3.0来充电可以更快完成充电。能够使主机更快地识别器件,处理数据效率更高。

    转换到USB 3.0,功耗也是要考虑的很重要的一个问题,因此有效的电源管理就很必要,可以保证设备的空闲的时候减少电力消耗。

       大量的数据流传输需要更快的性能支持,同时传输的时候,空闲时设备可以转入到低功耗状态。甚至可以空下来去接收其他的指令,完成其他动作。其实,在USB 3.0中也并不是所有的东西都更新换代了,比如线缆的长度。当在某些应用中需要尽可能高的吞吐量的时候,往往线缆依旧会成为瓶颈。虽然在USB 3.0规范中,没有明确指定USB线缆有多长,但是电缆材质和信号质量还是影响了传输的效果。因此在传输数百兆大数据流的时候,线缆长度最好不要超过3米

      虽然USB 2.0 Hi-Speed的数据传输速率是480Mpbs,也就是理想状况下应该为60MB/s,但是在Windows based操作系统下,由于default driver的限制,实际的效能大约为30MB/s~35MB/s,与60MB/s有一大段距离。

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    图12

      图12是USB2.0和USB3.0的主要区别。

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    图13

      上图是USB3.0 B型接口,可以兼容USB2.0和USB3.0接口,买过移动硬盘的朋友应该见过这种接口。

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