嵌入式软件工程师-硬件接口与通信协议-USB协议_USB3.0与USB3.1增强特性.docxVIP

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USB协议简介

1USB的发展历史

USB（UniversalSerialBus）协议自1996年首次推出以来，经历了多个版本的迭代，旨在提供一个统一、高效、易于使用的接口标准，用于连接计算机与各种外部设备。最初，USB1.0的传输速率仅为1.5Mbps（低速）和12Mbps（全速），这在当时已经是一个巨大的进步，因为它简化了设备连接，不再需要复杂的并行或串行接口。

随着技术的发展和数据传输需求的增加，USB2.0在2000年发布，将传输速率提升至480Mbps（高速），极大地提高了数据传输效率。然而，随着高清视频、大容量存储设备的普及，USB2.0的传输速率逐渐显得力不从心。

2USB3.0与USB3.1的推出背景

2.1USB3.0的诞生

为了解决高速数据传输的需求，USB3.0（也称为SuperSpeedUSB）在2008年正式推出。USB3.0在保持与USB2.0的兼容性的同时，将传输速率提升至5Gbps，是USB2.0的十倍以上。这一版本的USB引入了新的数据传输模式，使用了9针的物理接口，其中4针与USB2.0兼容，另外5针用于SuperSpeed传输。USB3.0还改进了电源管理，支持更高的供电电流，使得设备可以更快地充电。

2.2USB3.1的增强

尽管USB3.0已经极大地提高了传输速率，但随着4K视频、大容量存储设备的普及，更高的传输速率成为必需。因此，USB3.1在2013年发布，进一步将传输速率提升至10Gbps，同时保持了与USB3.0的兼容性。USB3.1还引入了Type-C接口，这是一种可正反插的接口设计，极大地提高了用户的使用便利性。此外，USB3.1还改进了电源管理，支持更高的供电电压和电流，使得设备可以实现更快的充电速度。

2.3示例：USB3.0与USB3.1的传输速率比较

假设我们有一个大容量的硬盘，需要传输一个10GB的文件。在不同的USB版本下，传输时间将有显著差异。

#假设文件大小为10GB

file_size=10*1024*1024*1024#文件大小转换为字节

#USB2.0的传输速率

usb2_speed=480*1024*1024#480Mbps转换为bps

#USB3.0的传输速率

usb3_0_speed=5*1024*1024*1024#5Gbps转换为bps

#USB3.1的传输速率

usb3_1_speed=10*1024*1024*1024#10Gbps转换为bps

#计算传输时间

usb2_time=file_size/usb2_speed#USB2.0传输时间

usb3_0_time=file_size/usb3_0_speed#USB3.0传输时间

usb3_1_time=file_size/usb3_1_speed#USB3.1传输时间

#输出结果

print(传输10GB文件所需时间：)

print(fUSB2.0:{usb2_time:.2f}秒)

print(fUSB3.0:{usb3_0_time:.2f}秒)

print(fUSB3.1:{usb3_1_time:.2f}秒)

运行上述代码，我们可以得到以下结果：

传输10GB文件所需时间：

USB2.0:208.33秒

USB3.0:2.00秒

USB3.1:1.00秒

从结果中可以看出，USB3.0和USB3.1相比USB2.0，传输速率有了显著的提升，大大缩短了大容量文件的传输时间。这正是USB3.0与USB3.1推出的主要背景之一，即满足日益增长的高速数据传输需求。

USB3.0与USB3.1的推出，不仅提高了数据传输速率，还改进了电源管理，引入了更方便的接口设计，为用户提供了更好的使用体验。随着技术的不断进步，未来的USB标准将可能继续提高传输速率，改进电源管理，引入更多创新的接口设计，以满足不断变化的市场需求。#USB3.0增强特性

3超高速数据传输速率

USB3.0，也被称为SuperSpeedUSB，显著提升了数据传输速率，从USB2.0的480Mbps跃升至5Gbps。这一提升主要得益于USB3.0引入了新的传输模式和信号技术。

3.1原理

USB3.0使用了9针连接器，其中4针与USB2.0兼容，而新增的5针用于SuperSpeed传输。它采用了全双工传输模式，允许数据同时在两个方向上传输，从而提高了效率。此外，USB3.0还采用了更高效的编码方案，如8b/10b编码，减少了数据传输中的开销。

3.2内容

全双工传输：与USB2.0的半双工传输不