嵌入式软件工程师-硬件接口与通信协议-USB协议_USB数据传输模式与流程.docxVIP

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USB协议简介

1USB协议的历史与发展

USB（UniversalSerialBus）协议自1996年首次发布以来，经历了多个版本的迭代，旨在提供一种标准化的、易于使用的接口，用于连接计算机与各种外部设备。最初，USB1.0版本的传输速率仅为1.5Mbps（低速）和12Mbps（全速），这在当时已经极大地简化了外设的连接和使用。然而，随着技术的进步和数据传输需求的增加，USB协议也不断升级。

USB2.0：2000年发布，引入了高速（HighSpeed）模式，传输速率达到了480Mbps，极大地提高了数据传输效率，使得USB成为连接高速设备如硬盘、摄像头等的首选接口。

USB3.0：2008年发布，也称为SuperSpeedUSB，传输速率跃升至5Gbps，同时引入了新的电源管理特性，支持设备在低功耗模式下保持连接。

USB3.1：2013年发布，进一步将传输速率提升至10Gbps，同时改进了信号完整性和电源管理。

USB3.2：2017年发布，通过使用双通道数据传输，将SuperSpeed+的传输速率提升至20Gbps，甚至在特定配置下达到40Gbps。

USB4：2019年发布，基于Thunderbolt3协议，支持高达40Gbps的传输速率，同时兼容DisplayPort和PCIExpress协议，实现了数据、视频和电力的统一传输。

2USB协议的版本与特性

2.1USB2.0

USB2.0引入了高速数据传输模式，其主要特性包括：-传输速率：最高480Mbps。-连接类型：支持Type-A和Type-B两种连接器，以及Mini和MicroUSB接口。-电源管理：提供了5V的电源，最大电流为500mA，支持设备的即插即用和热插拔。

2.2USB3.0

USB3.0（SuperSpeedUSB）的特性包括：-传输速率：最高5Gbps。-连接类型：引入了Type-C连接器，支持正反插，同时兼容Type-A和Type-B。-电源管理：支持更高的电源输出，最大电流可达900mA，同时引入了新的电源管理机制，允许设备在低功耗模式下保持连接。

2.3USB3.1

USB3.1在USB3.0的基础上进行了改进，主要特性包括：-传输速率：最高10Gbps，通过SuperSpeed+模式实现。-信号完整性：改进了信号传输的完整性，减少了干扰和信号衰减。-电源管理：进一步优化了电源管理，支持更高的电流输出，以满足高功耗设备的需求。

2.4USB3.2

USB3.2通过双通道数据传输技术，实现了更高的传输速率：-传输速率：最高20Gbps，甚至在特定配置下达到40Gbps。-连接类型：继续支持Type-C连接器，同时兼容USB3.0和USB3.1的设备。-电源管理：继承了USB3.1的电源管理特性，支持更高的电流输出。

2.5USB4

USB4基于Thunderbolt3协议，实现了数据、视频和电力的统一传输：-传输速率：最高40Gbps。-兼容性：兼容USB3.2、USB3.1、USB2.0和Thunderbolt3协议。-连接类型：仅支持Type-C连接器，但通过适配器可以兼容其他类型的USB设备。-电源管理：支持更高的电源输出，同时优化了电源管理机制，以适应不同设备的需求。

2.6示例：USB设备枚举过程

USB设备的枚举过程是设备连接到主机后，主机识别设备并建立通信的过程。以下是一个简化的USB设备枚举过程的示例，使用伪代码表示：

#USB设备枚举过程示例

defenumerate_usb_device(device):

枚举USB设备，获取设备信息并建立通信。

:paramdevice:USB设备对象

#步骤1：设备复位

device.reset()

#步骤2：获取设备描述符

device_descriptor=device.get_device_descriptor()

#步骤3：设置设备地址

device.set_address()

#步骤4：获取配置描述符

config_descriptor=device.get_configuration_descriptor()

#步骤5：设置设备配置

device.set_configuration(config_descriptor)

#步骤6：获取接口描述符

interface_descriptor=device.get_interfa