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如何時候不然低速、全速和高速USB及工作原理

RTThread物聯網操作系統 ? 來源:strongerHuang ? 作者:strongerHuang ? 2021-09-07 15:17 ? 次閱讀

USB應用的比較廣泛,從 USB 0.1版本到現在的 UBS 4,經歷了各項技術的升級。

1寫在前面

USB:Universal Serial Bus,通用串行總線。

USB最初由英特爾與微軟倡導發起,最大的特點是盡可能的實現熱插拔和即插即用。

USB總線是差分信號嗎?什么是USB 2.0、USB 3.0?什么是低速、全速、高速?什么是Type-A、Type-B、Type-C

針對這些疑問,本文講述USB相關的一些基礎知識。

2USB發展歷程

較早版本

USB 0.7:1994年11月發布。

USB 0.8:1994年12月發布。

USB 0.9:1995年4月發布。

USB 0.99:1995年8月發布。

USB 1.0 RC:1995年11月發布。

USB 1.0:1996年1月發布

數據傳輸速率為1.5Mbit/s(Low-Speed)。無預測及通過檢測功能。僅極少數出現在市場上。

USB 1.1:1998年9月發布

修正1.0版已發現的問題,大部分是關于USB Hubs。最早被采用的修訂版。數據傳輸速率為12Mbit/s(Full-Speed)。

USB 2.0:2000年4月發布

增加更高的數據傳輸速率480Mbit/s(現在稱作Hi-Speed),但受限于BOT傳輸協議和NRZI編碼方式,實際最高傳輸速度只有35MByte/s左右。

USB OTG(On-The-Go)是USB2.0規格的補充標準。

USB 3.0:2008年11月發布

速度由480Mbps大幅提升到5Gbps,USB 3.0插座通常是藍色的,并向下兼容USB 2.0。

USB 3.1:2013年7月31日發布

傳輸速度提升為10Gb/s,比USB3.0的5Gb/s快上一倍,并向下兼容USB 2.0/1.0,電力供應可高達100W。

USB 3.2

在現有的USB Type-C數據在線實現雙通道,使用USB 3.2主機連接USB 3.2存儲設備,可以實現兩條通道10Gb/s的傳輸速度,理論上也就是相當接近于20Gb/s。

USB 4:2019年9月3日發布

采用Thunderbolt 3協議規格,使Thunderbolt 3設備將能兼容于USB 4,現有3.2及2.0也向下兼容。速度方面加倍來到兩條通道總共40Gb/s的傳輸速度。

3USB版本

USB-IF當前正式的主版本號只有USB 2.0和USB 3.2兩個。

(USB-IF:USB Implementers Forum,USB標準化組織)

USB標準化組織主版本只有兩個,但現在USB標準中,按照速度等級和連接方式分為以下幾種版本:USB 1.0、 1.1、 2.0、 3.0、 3.1、 3.2。

之前寫過一篇文章:USB4規范正式公布,傳輸帶寬高達40Gbps。

準確的說,主版本號除了USB 2.0和USB 3.2,還應該有一個USB4。

上面那張圖信息量有點大,你會發現我們學習、開發板上使用的基本都是USB 2.0版本(低速、全速、高速),也是眾多嵌入式產品中常用的一種。

4USB接口

現在流行于手機中的一種接口【Type-C】,相信絕大部分人都知道。

Type-C屬于USB中一種較新的接口,在這之前其實還有Type-A和Type-B(可能很多人不知道)。

下面給一張圖:

c87b90c0-0f8b-11ec-8fb8-12bb97331649.jpg

你會發現接口的觸點有4個的,也有5個的。其中多的那個引腳為USB_ID,主要用于OTG(On-The-Go)主設備和從設備。

OTG設備使用插頭中的ID引腳來區分A/B Device,ID接地被稱作為A-Device,充當USB Host,A-Device始終為總線并提供電力。

ID懸空被稱作為B-Device,充當USB Device。設備的USB Host/USB Device角色可以通過HNP(主機交換協議)切換。

5USB設備識別

USB信號使用分別標記為D+和D- 的雙絞線傳輸,它們各自使用半雙工的差分信號并協同工作,以抵消長導線的電磁干擾。

因為USB設備類型有很多,同時又做了兼容,因此就需要對不同設備進行識別。

這里講述一下低速、全速和高速設備的識別原理(官方有手冊)。

5.1 低速和全速設備識別

低速(Low Speed)和全速(Full Speed)設備區分方法比較簡單:在設備端有一個1.5k的上拉電阻,當設備插入hub或上電(固定線纜的USB設備)時,有上拉電阻的那根數據線就會被拉高,hub根據D+/D-上的電平判斷所掛載的是全速設備還是低速設備。

低速設備1.5K上拉電阻位于D-

全速設備1.5K上拉電阻位于D+

如下圖:

c896c1ec-0f8b-11ec-8fb8-12bb97331649.jpg

5.2 高速設備識別

(上面)USB低速和全速的識別比較簡單,但只有一對D+和D-數據線,高速設備就不能再像上面那樣僅依靠數據線上拉電阻來識別。

高速設備初始是以一個全速設備的身份出現,和全速設備一樣,D+線上有一個1.5k的上拉電阻。USB2.0的hub把它當作一個全速設備,之后,hub和設備通過一系列握手信號確認雙方的身份。

c8a7332e-0f8b-11ec-8fb8-12bb97331649.png

如上圖,hub檢測到有設備插入/上電時,向主機通報,主機發送Set_Port_Feature請求讓hub復位新插入的設備。設備復位操作是hub通過驅動數據線到復位狀態SE0(Single-ended 0,即D+和D-全為低電平),并持續至少10ms。

具體識別過程相對復雜,具體可見下面描述:

c8b17c62-0f8b-11ec-8fb8-12bb97331649.jpg

編輯:jq

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原文標題:USB低速、全速和高速如何識別,及工作原理

文章出處:【微信號:RTThread,微信公眾號:RTThread物聯網操作系統】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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