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[導(dǎo)讀]自從1996年USB接口問世以來,它已經(jīng)成為了現(xiàn)代計算機(jī)和設(shè)備中最常見的連接方式。USB接口的發(fā)展歷程中涌現(xiàn)出了多個版本,它們的性能、傳輸速率和功能有著顯著差異。

自從1996年USB接口問世以來,它已經(jīng)成為了現(xiàn)代計算機(jī)和設(shè)備中最常見的連接方式。USB接口的發(fā)展歷程中涌現(xiàn)出了多個版本,它們的性能、傳輸速率和功能有著顯著差異。本文將為您詳細(xì)解析各個版本的特點和優(yōu)缺點,幫助您選擇最適合自己需求的USB版本。

USB 1.x

USB 1.x是最早的USB接口版本,包括USB 1.0和1.1。它們的傳輸速率分別為1.5Mbps(低速)和12Mbps(全速)。這個版本的優(yōu)點是兼容性較好,可以適配很多早期的設(shè)備。然而,傳輸速率相對較慢,逐漸被后續(xù)版本所替代。

USB 2.0

USB 2.0于2000年發(fā)布,傳輸速率高達(dá)480Mbps,被稱為“高速USB”。它向下兼容USB 1.x,大大提高了數(shù)據(jù)傳輸速度。USB 2.0廣泛應(yīng)用于各類設(shè)備,如鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)等。然而,隨著技術(shù)的發(fā)展,USB 2.0的傳輸速率已經(jīng)無法滿足許多高速設(shè)備的需求。

USB 3.x

USB 3.x包括USB 3.0、3.1、3.2等版本,傳輸速率分別為5Gbps、10Gbps和20Gbps。這個版本被稱為“超速USB”,具有更高的傳輸速率和更好的功耗控制。它向下兼容USB 2.0和1.x,可以適配各種設(shè)備。然而,USB 3.x接口的成本較高,且傳輸速度受限于設(shè)備性能。

USB 4

USB 4是最新的USB版本,傳輸速率高達(dá)40Gbps,支持多種協(xié)議,如DisplayPort、PCI Express等。它具有更強(qiáng)大的功能和更快的傳輸速度,可以滿足各類高速設(shè)備的需求。然而,USB 4目前僅支持部分高端設(shè)備,普及程度有限。

綜上所述,USB接口的版本越新,性能和傳輸速度越高。如果您的設(shè)備需求不高,USB 2.0可能是一個經(jīng)濟(jì)實用的選擇。然而,如果您需要處理大量數(shù)據(jù)或連接高速設(shè)備,USB 3.x或USB 4將是更好的選擇。需要注意的是,不同版本的USB接口在傳輸速度和功能上有差異,但它們之間具有一定的向下兼容性。因此,在選擇合適的USB版本時,請務(wù)必充分考慮您的設(shè)備需求和預(yù)算。

在現(xiàn)實應(yīng)用中,您可能需要根據(jù)設(shè)備性能、用途和成本來權(quán)衡不同版本的USB接口。例如,對于鍵盤、鼠標(biāo)等低速設(shè)備,USB 2.0可能已經(jīng)足夠。但是,如果您需要連接高清攝像頭、高速硬盤等設(shè)備,USB 3.x或USB 4將能為您提供更好的性能。最后,隨著技術(shù)的發(fā)展和普及,未來可能還會出現(xiàn)更先進(jìn)的USB版本,為我們提供更高效、便捷的連接方式。

一個 USB 系統(tǒng) 由三部分來描述:

USB interconnect

USB devices

USB host

USB interconnect 是指USB 設(shè)備連接到主機(jī)并與主機(jī)通信的方式。這包括以下內(nèi)容:

總線拓?fù)洌篣SB device 和 host 之間的連接模型。

層間關(guān)系:

數(shù)據(jù)流模型:

USB 調(diào)度:

1.1. 總線拓?fù)?

在USB 系統(tǒng)中有兩個硬件的概念:

USB host:它跟處理器相連,處理器通過USB Host跟各類USB設(shè)備通信。USB Host中集成有一個root hub

USB device:這類設(shè)備又分為兩類

Hub:用來擴(kuò)展USB接口

Function:就是普通的USB設(shè)備,比如U盤、聲卡等

USB 總線拓?fù)淙缦拢?

roothub:根hub(根集線器)

hub:集線器

func:功能設(shè)備

Compound Device:組合設(shè)備,包含一個hub 和 一個或多個func

USB 總線拓?fù)渥钌蠈右欢ㄊ莌ost, 最后一級只能是func, 因此hub 級聯(lián)最多5級;

1.2. USB host

在任何USB 系統(tǒng)中只有一個主機(jī),主機(jī)的每個USB控制器(Host Controller)對應(yīng)一條USB總線。與主機(jī)計算機(jī)系統(tǒng)相連的USB接口被稱為主機(jī)控制器。

主機(jī)控制器可以以硬件,固件或軟件的組合來實現(xiàn)。

根集線器(root hub)集成在主機(jī)系統(tǒng)內(nèi)以提供一個或多個連接點。

USB Host通過 Host Controller 與 USB device 交互。

Host主要負(fù)責(zé):

檢測USB 設(shè)備的拔插動作

管理Host和Device之間的控制流、數(shù)據(jù)流

收集USB 總線狀態(tài)和活動數(shù)據(jù)信息

為連入USB總線的設(shè)備供電

1.3. USB device

USB device 分為 USB hub 和 USB Function。

USB hub (集線器):

root hub:一般與主機(jī)控制器連接在一起,提供一個或者多個端口。

普通hub:用于擴(kuò)展USB 的主機(jī)端口。

結(jié)構(gòu)上由一個上行端口和多個下行端口組成。

支持級聯(lián):最多5級,不包含root hub。

支持速率轉(zhuǎn)換:低速/全速設(shè)備,可連接在高速hub 上。

USB function 設(shè)備:

Composite Device:復(fù)合設(shè)備。一個設(shè)備地址,1個 或者 多個function 接口組成

Compound Device:組合設(shè)備。多個設(shè)備地址,一個hub 和 一個或者多個func 組成。

比如:鍵盤,鼠標(biāo),攝像頭等。

1.4. USB 數(shù)據(jù)流

USB主機(jī)和USB設(shè)備之間的通信是通過管道(Pipe)進(jìn)行的。

在USB協(xié)議中,管道是一個邏輯概念,

在USB主機(jī)端實際上就是一組緩沖區(qū),用于管道中數(shù)據(jù)的收發(fā)。

在USB設(shè)備端,管道對應(yīng)一個特定的端點,每一個端點都是一個由索引和方向確定的,USB設(shè)備最多支持16個雙向端點(8個in/8個out)。

USB設(shè)備地址、端點索引和端點方向的組合可以唯一確定USB主機(jī)和USB設(shè)備間的通信。

2. USB 軟件框架

2.1. USB 數(shù)據(jù)流模型

USB 簡化傳輸模型如下圖所示,實際上要比這個復(fù)雜的多。主要包含以下部分:

USB 物理設(shè)備:USB電纜終端的一塊硬件,執(zhí)行一些有用的終端用戶功能。

客戶端軟件:在主機(jī)上執(zhí)行的軟件,對應(yīng)于一個USB設(shè)備。此客戶端軟件通常與操作系統(tǒng)一起提供,或與USB設(shè)備一起提供。

USB 系統(tǒng)軟件:在一個特定的操作系統(tǒng)中支持USB的軟件。USB系統(tǒng)軟件通常與操作系統(tǒng)一起提供,獨立于特定的USB設(shè)備或客戶端軟件。

USB Host Controller (Host Side Bus Interface):允許將USB設(shè)備連接到主機(jī)上的硬件和軟件。

連接器現(xiàn)實生活中隨處可見,例如普通的計算機(jī)USB接口、手機(jī)充電接口、精密電子連接器、防水連接器等,但對于連接器的詳細(xì)結(jié)構(gòu),相信很多人并不清楚,如連接器是由自由端USB接口(插頭)、固定端USB接口(插座)組成。

USB接口的接觸部件,是實現(xiàn)連接的核心部件。

正常連接是由正、負(fù)兩個部分組成的接觸對,通過陰、陽接觸部件的插合完成。

1、正接觸部件是硬質(zhì)部件,形狀是圓柱形(插針)、方形柱形(插針)或扁平形件。

2、負(fù)觸點即插孔,是觸點中的關(guān)鍵部件,它依賴于插銷過程中的彈性變形而產(chǎn)生的彈力與正負(fù)接觸件緊密接觸,從而完成連接。其結(jié)構(gòu)有很多種,有懸臂梁式、圓筒型、盒式、音叉型和雙曲線彈簧插孔等。

連接件的絕緣體,也叫底座或膠芯。

其作用是使接觸部件按要求布置位置和間距,保證接觸部件與殼體之間以及接觸部件之間的絕緣性能。

連接件的外殼,也叫殼體,是連接器的防護(hù)部件。

該部件提供了里面膠芯和針腳的機(jī)械保護(hù),以及在公、母座插合時對齊,保證USB接口能正常使用。

外殼一般為不銹鋼加工(加冷擠壓、壓鑄),鋼殼體用作玻璃封焊及耐高溫連接器。

USB接口,可方便地在計算機(jī)上添加設(shè)備,而不需要占用計算機(jī)的并口和串口。只需插上電源即可使用,但有時也很難使用。

USB接口的特性。

1、針腳接觸面采用彈性設(shè)計,確保良好的觸點性能及長壽命要求。

2、提供多種類型的接口設(shè)計,如AType/BType/MiniUSB接口。

3、滿足多項焊接設(shè)備參數(shù)的耐高溫要求。

4、安裝形式可采用DIP/SMT/夾線型/焊接線類型。

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