USB学习笔记——认识USB_usb sie的作用-程序员宅基地
技术标签： stm32
USB是嵌入式开发中比较常用的一种通信协议，学习IIC、SPI、UART、USB等通信协议是很有必要的，我们常用的鼠标、键盘等都是USB设备，平时只是使用这些设备，但是并不知道他们是怎么实现的，下面记录我的USB学习笔记。
一、USB的组成
USB实际上就是由四根线组成的分别是两根供电，两根差分传输数据的，如下图。USB的结构决定了他的一些特性，比如热拔插等，实现的原理就是传输数据的两根线短于他的供电线，USB拔出后数据传输先终止，再停止供电。
USB使用差分传输模式，有两条数据线，分别是：
- USB数据正信号线，USB Data Positive，即USB-DP线，简写为D+
- USB数据负信号线，USB Data Minus， 即USB-DM线，简写为D-
剩下的就是电源线(5V-Vbus)和地线(GND)。
二、USB的类别
USB日常见得USB接口有很多种，但是实际上只有A、B、C三种，他们是根据不同设备而产生的的，还可以更细区分比如有mini头的、micro头的，分类大致可以如下图展示。
三、USB标准规范
了解一下USB的规范也是很有帮助的，USB总成是通用串行总线，使得计算机上添加串行设备十分容易，将设别插入计算机USB端口中，系统就可以自动识别和配置。需要注意的是USB3.0的规范引入的全双工数据传输，5根线两根传输数据两根发送数据，一根GND，此时就可以同步全速的进行读写操作了。下面找了个表可以明确的表示USB规范发展的历程。
| USB版本 |
最大传输速率 |
速率称号 |
最大输出电流 |
推出时间 |
| USB1.0 |
1.5Mbps(192KB/s) |
低速(Low-Speed) |
5V/500mA |
1996年1月 |
| USB1.1 |
12Mbps(1.5MB/s) |
全速(Full-Speed) |
5V/500mA |
1998年9月 |
| USB2.0 |
480Mbps(60MB/s) |
高速(High-Speed) |
5V/500mA |
2000年4月 |
| USB3.0 |
5Gbps(500MB/s) |
超高速(Super-Speed) |
5V/900mA |
2008年11月 |
| USB 3.1 |
10Gbps(1280MB/s) |
超高速+(Super-speed+) |
20V/5A |
2013年12月 |
四、USB系统的结构
USB系统是由三个逻辑层组成：功能层、USB设备层、USB总线接口层，并且每一层都是由主机和USB设备不同的功能模块组成如下图所示：
1、功能层
功能层是由客户软件和设备方的功能单元组成，其能够实现USB设备传输的特定功能，通过功能层可以直观的理解USB传输的数据内容。功能单元对于客户软件，可视为接口的集合。
2、USB设备层
USB设备层由USB系统软件和USB设备的USB逻辑设备组成，实现主机与USB设备之间传输的具体配置，USB逻辑设备对于USB系统软件可以视为端点的集合。
3、USB总线接口层
USB总线接口层是由主机的USB主控制器和设备的USB总线接口组成，实现了实际的数据传输。
4、主机部分：
由客户软件、USB系统软件和USB总线接口组成。客户软件负责和USB设备的功能单元进行通信，以实现特定的功能，客户软件与USB总线不能直接相连，客户软件包括USB设备驱动程序和界面应用程序两部分。USB系统软件负责和USB逻辑设备进行配置通信，并管理客户软件启动的数据，一般包括USB总线驱动程序，USB主控制驱动程序和USB主机软件三个部分，由系统提供。USB总线接口包括主控制器跟集线器两部分，其中主控制器是负责完成主机和USB设备间的数据实际传输。
5、设备部分
USB设备部分由三个功能模块组成，分别是USB总线接口、USB逻辑设备、功能单元。 功能单元看作是一个接口的集合；USB 逻辑设备被USB系统软件看作一个端点的集合；USB总线接口是USB设备中的串行接口引擎（SIE）。、
五、常见术语介绍
1、设备
设备代表USB设备，它由一个或多个配置组成，设备描述符用于说明设备的总体信息，并指出其所包含配置的个数。
2、配置
使用USB设备前，必须为其选择一个合适的配置，如USB高消耗、低消耗模式分别对应一个配置，配置描述符用于说明USB设备中各个配置的特性。
3、接口
一个接口可以包含一个或多个接口，接口就是一个端点的集合，接口描述符用于说明USB设备中各个接口的特性。
4、端点
端点是USB设备中实际物理单元，USB传输就是在主机和USB设备各个端点之间进行的。
5、管道
管道，是主机软件(数据缓冲区)和USB设备的各个端点之间的数据传输链接，它是两者之间通信流的抽象。然而，实际的数据传输是由USB总线接口层来完成的。管道和USB设备中的端点一一对应，并且各个管道的数据传输是相互独立的。
六、总结
这些基础很重要，掌握基础才能真正学懂，后面介绍USB数据传输和枚举的过程。
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