USB的结构及工作原理

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。USB协议出台后得到各PC厂商、芯片制造商和PC外设厂商的广泛支持。USB本身也处于不断的发展和完善中，从当初的0.7、0.8到现在广泛采用的1.0、1.1版本到即将被采用的2.0版本。 USB外设在国外以惊人的速度发展，迄今为止，各种USB的外设已经有上千种。那么，USB为什么如此受亲睐呢？这要从它自身所具有的很多优点谈起。

1. PC为什么急需USB
随着PC的广泛应用，其外设也越来越多，打印机、鼠标、扫描仪、游戏杆、音箱.. .。每个外设都需要通过一个接口与PC相连。外设多了，PC的接口自然也就不够用了。在很多特定的应用场合，如工业数据采集等领域，常常用采集板卡来完成工作，而每一个板卡自然会占用一个PC插槽。PC插槽就那么几个，要是采集点多了怎么办呢？
PC外设安装过程中比较麻烦的另一件事情是在加减设备时，必须关掉电源，加减设备完成之后再从新启动机器。对于板卡式的外设就更加麻烦了，您不得不打开机箱，弄得满头大汗，一不小心，汗水滴到主板上，机器就死翘翘了。我就碰到过这样的事情。
USB 的出现就能够为您完全解决掉上面提到的这些尴尬，每台PC通过USB端口最多可以接127个外设！把您所有的东西全接上来吧，没问题！还有，USB完全是 PNP的，在您第一次安装完成以后，加减设备只需要拔出或插上USB插头就一切OK了，不必理会机器是开还是关，就这么简单。
可不要因为慢得象蜗牛的232而使你联想到串行就代表慢。USB有快速和慢速工作方式，传输速率分别为12Mbps和1.5Mbps，比232快了不知道多少倍。
2. USB的结构框架

root hub
______________|___________
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hub hub
___|__ ________|________
| | | | | | | |
d1 d2 d3 h1 h2 d4 d5 d6
d* 外设 h* hub

上图显示了USB的拓扑结构。
PC主板上的那两个插口，就是root hub。root hub是一个USB系统的总控制端口。它既可以直接接外设，也可以通过hub控制更多的外设。
USB hub结构类似通常的网络集线器，有一个upper link和很多子端口，每个子端口可以接一个外设，也可以再通过一个hub接入更多外设，直到所有外设加起来到127为止。

3. USB设备的加载过程
当 USB设备接入hub或root hub后，主机控制器和主机软件(host controller & host software)能自动侦测到设备的接入。然后host software读取一系列的数据用于确认设备特征，如vendor ID, product ID, interface工作方式，电源消耗量等参数。之后主机分配给外设一个单独的地址。地址是动态分配的，各次可能不同。在分配完地址之后对设备进行初始化，初始化完成以后就可以对设备进行IO操作

了。
4. USB的适用范围
其实除了象显卡这种需要极高数据量和一些实时性要求特别高的控制设备，几乎所有的PC外设都可以移植到USB上来。而事实上国外几乎已经做到了这一点。我想对于国内的开发者来说，在鼠标、键盘等产品上就不必去和国外竞争了。但即使这样，USB的PC外设仍然有大得不可限量的发展空间。我归纳了以下几个大类供开发者参考：
1). 传统PC外设，象鼠标、键盘、音箱、游戏杆、扫描仪、打印机等。
2). 基于PC的通信设备，如Modem, ISDN等
3). 端口转接器，如USB-->232, USB-->LPT等，以适应原来的设备。
4). 具有中国特色的设备，象汉字输入笔那样的东西。
5). 工业领域。

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B 是通用串行总线(UniversalSerialBus) ，是一种支持即插即用的新型串行接口。也有人称之为“菊链(daisy－chaining)”，是因为在一条“线缆”上有链接127个设备的能力。USB 要比标准串行口快得多，其数据传输率可达每秒480Mb (而老式的串行口最多是每秒115Kb)
2.需要注意的是，这不是一种新的总线标准，而是电脑系统接驳外围设备(如键盘、鼠标、打印机等)的输入/输出接口标准。到现在为止，电脑系统接驳外围设备的接口还无统一的标准， 如键盘的插口是圆的、连接打印机要用9针或25针的并行接口、鼠标则要用9针或25针的串行接口。 USB能把这些不同的接口统一起来，仅用一个4针插头作为标准插头。通过这个标准插头，采用菊花链形式可以把所有的外设连接起来，并且不会损失带宽。 USB正在取代当前PC上的串口和并口。
B规范将USB分为5个部分： 控制器、控制器驱动程序、USB芯片驱动程序、USB设备以及针对不同USB设备的驱动程序。
(1)控制器。主要负责执行由控制器驱动程序发出的命令。
(2)控制器驱动程序。在控制器与USB设备之间建立通信信道。
(3)USB芯片驱动程序。提供对USB的支持。
(4) USB设备。包括与PC相连的USB外围设备
4.目前还有另外两种I/O端口标准，一个是IEEE1394(也叫做“FireWire”----火线)，另一个是DeviceBay。它们都是USB的“直接对手”。
B产缺点是它必须与PC相连接,不能脱离PC独立工作,
而且2.0版的传输速度480Mb已到极限.而他的对手IEEE1394就可能做到,速度能达到1G以上.


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