电脑上的USB通信原理

电脑上的USB通信原理
USB（Universal Serial Bus）即通用串行总线，是一种用于连接计算机和外部设备的通信接口。

USB通信原理涉及物理层、数据链路层、网络层和传输层等几个不同的层次。

首先是物理层。

USB通信使用的是差分信号传输，即使用两个信号线分别传输数据的正负两种状态。

USB通信中使用的USB线包括四根线，即VCC线（供电）、D+线、D-线和地线，其中D+线和D-线用于数据传输。

当USB设备插入计算机时，电脑会对设备供电，并发送一个复位信号给设备。

设备收到复位信号后，会将自己的通信状态设置为默认状态。

接下来，电脑和设备将进行速度匹配。

USB通信有多个不同的速度等级，包括低速、全速、高速和超高速等级，设备和电脑会根据各自的能力选择合适的速度等级。

接下来是数据链路层。

USB通信采用主从结构，即计算机为主机，设备为从机。

主机负责控制通信的发起和结束，从机负责响应并处理主机发送的命令。

在数据链路层，主机和从机之间采用握手协议进行数据传输。

主机发送命令后，从机收到命令后会发回响应，并进行相应的数据处理。

USB通信中，数据包是通信的基本单位。

数据包分为控制包、数据包和握手包三种类型。

控制包用于发送和接收命令，数据包用于发送和接收数据，握手包用于确认数据的正确接收或发送。

在网络层，USB通信采用了主机-从机-集线器的拓扑结构。

主机和从机之间通过集线器进行连接，并通过集线器进行数据的转发和分配。

集线器中会保存设备的地址和通信状态，以便根据需要进行数据的分发和转发。

最后是传输层。

USB通信采用了端点（Endpoint）的概念，端点是数据传输的终点或起点。

端点分为控制端点和数据端点两种类型。

控制端点用于发送和接收控制包，数据端点用于发送和接收数据包。

每个USB设备可以有一个或多个端点，每个端点都有唯一的地址和方向。

USB通信的流程如下：首先，主机发送复位信号给设备，设备进入默认状态；然后，主机和设备进行速度匹配，确定通信的速度等级；接下来，主机发送命令给设备，设备收到命令后进行响应；最后，主机和设备进行数据的传输，主机发送数据包给设备，设备接收并响应，或者设备发送数据包给主机，主机接收并响应。

总的来说，USB通信原理包括物理层、数据链路层、网络层和传输层等几个不同的层次。

其中，物理层负责传输信号，数据链路层负责控制通信流程和数据包的发送和接收，网络层负责建立主机和设备之间的连接，传输层负责数据的传输和端点的管理。

通过这些层次的协作，USB通信实现了计算机和外部设备之间的高速、稳定和可靠的数据传输。