嵌入式软件工程师-硬件接口与通信协议-USB协议_USB信号与物理层详解.docxVIP

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USB协议概述

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版本的传输速率仅为1.5Mbps（低速）和12Mbps（全速），主要解决了当时计算机接口繁多、不兼容的问题，简化了设备的连接和使用。

随着技术的进步和数据传输需求的增加，USB2.0于2000年发布，将传输速率提升至480Mbps，极大地提高了数据传输效率，使得USB成为连接高速设备的首选接口。随后，USB3.0（也称为SuperSpeedUSB）在2008年推出，其传输速率达到了5Gbps，是USB2.0的十倍以上，同时引入了新的电源管理特性，支持设备在低功耗模式下的快速唤醒。

近年来，USB3.1和USB3.2的发布进一步将传输速率提升至10Gbps和20Gbps，而必威体育精装版的USB4标准更是将这一速率提升至40Gbps，同时兼容Thunderbolt3协议，实现了数据、视频和电力的统一传输，极大地推动了USB技术的发展和应用。

2USB协议的版本与特性

2.1USB1.0

传输速率：低速（1.5Mbps）和全速（12Mbps）

特性：提供了基本的即插即用功能，支持热插拔，简化了设备连接。

2.2USB2.0

传输速率：高速（480Mbps）

特性：提高了数据传输效率，支持更多的高速设备，如高速USB闪存盘和外置硬盘。

2.3USB3.0

传输速率：SuperSpeed（5Gbps）

特性：引入了新的电源管理特性，支持设备在低功耗模式下的快速唤醒，同时提高了数据传输速度，支持更复杂的数据传输需求。

2.4USB3.1

传输速率：SuperSpeed+（10Gbps）

特性：进一步提高了传输速率，同时优化了电源管理，增强了设备的兼容性和稳定性。

2.5USB3.2

传输速率：SuperSpeed+（20Gbps）

特性：通过使用多通道数据传输技术，将传输速率再次翻倍，支持更高速的数据传输。

2.6USB4

传输速率：40Gbps

特性：兼容Thunderbolt3协议，实现了数据、视频和电力的统一传输，极大地提高了接口的灵活性和传输效率。

2.7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设备枚举过程的伪代码示例：

#USB设备枚举过程示例

defusb_device_enumeration(device):

#发送设备重置信号

device.reset()

#发送设备请求，获取设备描述符

device_descriptor=device.get_descriptor()

#解析设备描述符，获取设备信息

device_info=parse_device_descriptor(device_descriptor)

#发送配置请求，设置设备配置

device.set_configuration(device_info[configuration])

#发送接口请求，设置设备接口

device.set_interface(device_info[interface])

#发送端点请求，设置设备端点

device.set_endpoint(device_info[endpoint])

#设备枚举完成，可以开始数据传输

print(设备枚举完成，可以开始数据传输)

#假设的设备描述符解析函数

defparse_device_descriptor(descriptor):

#解析设备描述符，获取设备信息

#这里仅为示例，实际解析过程会更复杂

device_info={

vendor_id:descriptor[0],

product_id:descriptor[1],

configuration:descriptor[2],

interface:descriptor[3],

endpoint:descriptor[4]

}

returndevice_info

#假设的设备类，用于模拟USB设备

classUSBDevice:

defreset(self):

#设备重置逻辑