USB通信的基本概念
usb接口工作原理
usb接口工作原理
USB接口工作原理是通过电子设备间的数字通信来实现数据
传输和连接功能。
USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）是一种用于计算机和外部设备之间数据传输的串行总线标准。
它使用一对差分信号线进行数据传输，即D+和D-线。
USB设备分为三类：主机、设备和集线器。
主机是计算机或
其他提供电源和总线服务的设备，设备是连接到主机的外部设备，而集线器则允许多个设备连接到主机上。
USB接口的工作原理是基于主机和设备通过握手协议进行通信。
当主机插入USB设备时，设备会发送一个握手信号给主机，通知主机有设备连接。
主机则会发送一个握手确认信号给设备，以建立连接。
在传输数据时，USB接口使用差分信号进行传输，即通过改
变D+和D-线上的电压差来表示数据。
USB接口采用一种称为差分振幅调制（Differential Amplitude Modulation，简称DAM）的技术来实现数据的传输。
数据传输的速率可以根据设备和主机之间的协商而变化。
USB接口还提供电源供应功能，允许设备通过USB接口从主
机获得电源。
主机会检测插入的设备是否需要电源，并根据设备的要求提供相应的电源供应。
总之，USB接口工作原理基于握手协议和差分信号传输，实
现了设备连接和数据传输功能。
它是一种通用、方便和高效的数据传输和连接标准。
USB基本知识及通信协议
串口通信协议什么是串口串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议(不要与通用串行总线Uniｖｅrsa ｌSeriaｌＢｕｓ或者USB混淆）。
大多数计算机包含两个基于RS232的串口。
串口同时也是仪器仪表设备通用的通信协议;很多GＰIB兼容的设备也带有RS-23２口。
同时,串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。
串口通信的概念非常简单，串口按位(bｉt）发送和接收字节。
尽管比按字节（b yte)的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。
它很简单并且能够实现远距离通信。
比如IEEＥ488定义并行通行状态时,规定设备线总常不得超过20米,并且任意两个设备间的长度不得超过2米;而对于串口而言，长度可达1200米。
典型地，串口用于ASCIＩ码字符的传输。
通信使用3根线完成:（１)地线，(２)发送，（3）接收。
由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。
其他线用于握手，但是不是必须的。
串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。
对于两个进行通行的端口，这些参数必须匹配: a，波特率：这是一个衡量通信速度的参数。
它表示每秒钟传送的bｉt的个数。
例如３0０波特表示每秒钟发送3００个bit。
当我们提到时钟周期时,我们就是指波特率例如如果协议需要480０波特率，那么时钟是480０Ｈz。
这意味着串口通信在数据线上的采样率为480０Hz。
通常电话线的波特率为14４00,28800和3660０。
波特率可以远远大于这些值,但是波特率和距离成反比。
高波特率常常用于放置的很近的仪器间的通信，典型的例子就是ＧPIB设备的通信。
b，数据位：这是衡量通信中实际数据位的参数。
当计算机发送一个信息包,实际的数据不会是８位的,标准的值是５、7和８位。
如何设置取决于你想传送的信息。
比如，标准的AＳCＩI码是0～127(7位)。
扩展的ASＣII码是0~２５5(8位）。
USB的HID通信协议
USB的HID通信协议USB的HID（Human Interface Device）通信协议是一种用于连接计算机和外部人机交互设备的通信协议。
HID协议定义了计算机和设备之间的数据传输格式、数据解释和通信流程，以实现设备的控制和数据交换。
下面将详细介绍USB的HID通信协议。
B的HID通信协议基本概念：USB的HID通信协议是在USB（Universal Serial Bus）标准之上定义的一种通信协议。
USB是一种高速串行总线标准，提供了与设备进行通信的硬件接口。
而HID通信协议定义了在USB接口上进行人机交互设备通信的规则和格式。
2.HID通信协议的数据传输格式：HID通信协议使用报文的方式进行数据传输。
每个报文由一个报头和一个或多个数据包组成。
报头包含了指示报文类型、报文长度等信息，数据包中存放实际的数据。
通常情况下，报文的数据是按字节进行传输的，但对于特定类型的设备，也可以使用其他格式进行传输。
3.HID通信协议的数据解释：HID通信协议定义了一种标准的数据解释方式，以便计算机能够正确地解释设备发送的数据。
例如，在鼠标设备中，数据包中的前2个字节表示鼠标的横坐标和纵坐标的变化量。
计算机根据这些数据来控制鼠标的移动。
4.HID通信协议的通信流程：HID通信协议规定了在设备和计算机之间进行通信的具体流程。
在通信开始前，设备必须向计算机发送设备描述符以告知其设备的类型和功能。
计算机收到设备描述符后，会根据描述符中的信息来设置相应的数据报文格式和解释方式。
设备在工作过程中，会根据HID协议规定的规则和格式发送数据到计算机，计算机则负责解析这些数据并执行相应的操作。
5.HID通信协议的扩展功能：HID通信协议除了定义了基本的数据传输、数据解释和通信流程外，还提供了一些扩展功能来支持设备的特殊需求。
这些扩展功能包括通信协议的可配置性、事件通知机制、设备状态的上报以及多设备的管理等。
总结：USB的HID通信协议是一种用于连接计算机和外部人机交互设备的通信协议。
USB接口的通讯原理
USB接口的通讯原理USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）是一种用于连接电脑与外部设备之间的通信接口标准。
USB是一种基于主从结构的通讯协议，它定义了物理连接和通信协议，以支持高速、低功耗的数据传输和插拔式设备连接。
1.物理层：物理层定义了USB连接的电气特性、信号传输和插头。
USB使用差分信号来传输数据，这意味着在数据线对之间存在电压差异，从而提高了信号的抗干扰性能。
USB接口包含四根数据线（D+、D-、VCC、地线）和两根电源线（VBUS、地线）。
D+和D-用于数据的双工传输，VCC提供设备所需的电源。
2.数据链路层：数据链路层定义了数据的传输格式、数据的包装和解包装机制，以及错误检测和纠正机制。
USB中的数据传输单位是帧，每个帧由一个开始标志、一个报头、数据包和检验值组成。
开始标志用于同步，报头包含帧的长度和报头校验位，数据包包含传输的实际数据，检验值用于检测数据的完整性。
3.传输层：传输层定义了数据的传输方式和通信机制。
USB支持多种传输方式，包括控制传输、批量传输、中断传输和等时传输。
控制传输用于设备和主机之间的控制命令和状态信息的交互；批量传输和中断传输用于数据传输；等时传输用于实时数据的传输。
4.应用层：应用层定义了USB设备的功能和设备类别。
USB设备可以根据需要实现不同的功能，例如存储设备、打印机、摄像头等。
每个USB设备都有一个唯一的Vendor ID和Product ID，以便主机识别和管理设备。
在USB通信过程中，主机负责控制和管理USB设备，设备则执行主机的命令并提供相应的功能。
当设备插入USB端口时，主机会检测到设备的插入并进行初始化。
主机向设备发送控制命令，设备返回相应的状态信息和数据。
数据传输过程中可以进行错误检测和重传，以确保数据的完整性和可靠性。
总的来说，USB接口的通信原理包括物理层的电气特性和信号传输、数据链路层的数据格式和错误检测、传输层的数据传输方式和通信机制，以及应用层的设备功能。
USB通信协议深入理解
USB通信协议深入理解USB（Universal Serial Bus），即通用串行总线，是一种广泛应用于计算机和其他电子设备的通信协议。
USB协议提供了一种方便、快捷的通信方式，使得各种外设设备能够与计算机之间进行数据传输和通信。
本文将深入理解USB通信协议，包括其基本原理、架构和常见的传输方式等。
一、USB通信协议的基本原理USB通信协议是一种基于主从结构的传输协议。
在USB系统中，主要包括USB主机（Host）和USB外设（Device）两个角色。
USB主机控制着通信的发起和结束，而USB外设则负责接收和处理数据。
USB通信协议采用了数据包传输的方式。
数据在USB系统中以数据包（Packet）的形式进行传输。
每个数据包包含了特定的控制信息和数据内容，以确保数据的有效传输和正确解析。
在USB通信中，数据被分为控制传输、中断传输、批量传输和等时传输四种类型。
控制传输主要用于配置和管理USB系统，中断传输用于低延迟的数据交互，批量传输用于大数据流的传输，等时传输用于实时数据的传输。
二、USB通信协议的架构USB通信协议的架构主要由四个组件组成，分别是主机控制器（Host Controller）、总线（Bus）、外设和驱动程序。
1. 主机控制器：主机控制器是USB通信协议的核心组件，负责控制整个通信过程。
主机控制器通过总线将主机和外设连接起来，并发送控制命令和数据包给外设。
2. 总线：总线是主机和外设之间的物理连接介质。
USB通信协议使用了一对差分信号线来进行数据的传输，其中D+和D-线用于传输数据，VCC线提供电源，GND线用于地线连接。
3. 外设：外设是连接在USB总线上的各种设备，如打印机、键盘、鼠标等。
外设接收主机控制器发送的命令和数据包，并执行相应的操作。
4. 驱动程序：驱动程序是运行在主机控制器上的软件，用于控制和管理外设。
驱动程序通常由设备制造商提供，并通过操作系统进行加载和运行。
三、USB通信协议的传输方式1. 控制传输：控制传输是USB通信协议中最基本的传输方式，用于配置和管理USB系统。
USB通信协议
USB通信协议转⾃0. 基本概念⼀个【传输】(控制、批量、中断、等时)：由多个【事务】组成；⼀个【事务】(IN、OUT、SETUP)：由⼀多个【Packet】组成。
USB数据在【主机软件】与【USB设备特定的端点】间被传输。
【主机软件】与【USB设备特定的端点】间的关联叫做【pipes】。
⼀个USB设备可以有多个管道(pipes)。
1. 包(Packet)包（Packet）是USB系统中信息传输的基本单元，所有数据都是经过打包后在总线上传输的。
数据在 USB总线上的传输以包为单位，包只能在帧内传输。
⾼速USB 总线的帧周期为125us，全速以及低速 USB 总线的帧周期为 1ms。
帧的起始由⼀个特定的包（SOF 包）表⽰，帧尾为 EOF。
EOF不是⼀个包，⽽是⼀种电平状态，EOF期间不允许有数据传输。
注意：虽然⾼速USB总线和全速/低速USB总线的帧周期不⼀样，但是SOF包中帧编号的增加速度是⼀样的，因为在⾼速USB系统中，SOF包中帧编号实际上取得是计数器的⾼11位，最低三位作为微帧编号没有使⽤，因此其帧编号的增加周期也为 1mS。
• USB总线上的情形是怎样的？• 包是USB总线上数据传输的最⼩单位，不能被打断或⼲扰，否则会引发错误。
若⼲个数据包组成⼀次事务传输，⼀次事务传输也不能打断，属于⼀次事务传输的⼏个包必须连续，不能跨帧完成。
⼀次传输由⼀次到多次事务传输构成，可以跨帧完成。
USB包由五部分组成，即同步字段（SYNC）、包标识符字段（PID）、数据字段、循环冗余校验字段（CRC）和包结尾字段（EOP），包的基本格式如下图：1.1 PID类型(即包类型)1.2 Token Packets此格式适⽤于IN、OUT、SETUP、PING。
PID 数据传输⽅向IN Device->HostOUT Host->DeviceSETUP Host->DevicePING Device->Host1.3 Start-of-Frame(SOF) PacketsSOF包由Host发送给Device。
USB协议资料ppt课件
2024/1/26
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B通信协议
• 3.1.3数据字段
同步字段（SYNC） PID字段 数据字段 CRC字段 包结尾字段（EOP）
– 帧序列号。当USB令牌包的PID为SOF时，其数 据字段必须为11位的帧序列号。帧序列号由主 机产生，且每个数据帧自动加一，最大数值为 0x7FF。当帧序列号达到最大数时将自动从0开 始循环。
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B物理电气规范
• USB信号
– 差分传输
有利于降低噪声干扰
2024/1/26
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B物理电气规范
信号电平
FS/LS电平
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USB 电气规范
数据信号发送
USB数据包采用差分信号传输； 低速/全速数据信号发送
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The start of a packet (SOP) is signaled by the originating port by driving the D+ and D- lines from the Idle state to the opposite logic level (K state). 8bit（L/F）/32bit(FULL) SYNC signal for a packet start； The SE0 state is used to signal an end-of-packet (EOP). EOP=2bit SE0+1 bit J state； then ,bus recover to Idle state；
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USB 电气规范
挂起
所有的设备都必须能支持挂起状态，并可从任一电平状态进入挂起 态。当设备发现它们的上行总线上的空闲态持续时间超3.0ms时， 它们便进入挂起态。当设备的所有端口上的总线不活动时间不超过 10ms后，设备必须被真正的挂起，此时它仅从总线上获得挂起电流。 如果总线缺少其他的通信流量时，SOF令牌将在每（微）帧中出现 一次，以防止全速/高速设备被挂起。当任一低速设备缺乏通信流量 时，在SOF令牌出现的每一帧中至少有一个低速设备处于活动态， 以避免它们不被挂起。
usbendpoint用法
USB endpoint是USB通信中的基本概念，它代表了USB设备中的一个通信端点。
在USB通信中，主机和设备之间通过端点进行数据传输。
每个端点都有一个地址，用于标识端点的位置。
USB endpoint有两种类型，分别是控制传输（Control Transfers）、中断传输（Interrupt Data Transfers）、批量传输（Bulk Data Transfers）和等时传输（Isochronous Data Transfers）。
控制传输用于控制对USB 设备的访问，通常用于配置设备、获取设备信息、发送命令到设备或获取设备的状态报告。
中断传输用于以固定速率传送少量的数据，通常用于键盘、鼠标等设备的通信。
批量传输用于传送大量的数据，确保没有数据丢失，并不保证在特定的时间内完成。
等时传输则用于传送时间敏感的数据，如音频和视频数据。
在USB通信中，主机通过发出器件地址和每次数据传输的端点号，向一个具体端点发送数据。
每个端点的地址为0到15，一个端点地址对应一个方向。
端点2-IN与端点2-OUT是完全不同的端点。
每个器件有一个默认的双向控制端点0，因此不存在端点0-IN和端点0-OUT。
在一个USB设备中会有很多endpoint，最多有16个。
每个EP本质上讲是FIFO，也就是一段缓冲区。
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USB通信的基本概念
基本上，整个通信协议包含了如图1 所示的层图，就像是洋葱圈一样。
其中包含了：
·信号；
·字段；
·封包；
·数据交易；
·传输；
·OS接口。
图1 USB 通信协议层囡
通过这些信号或是通信的层，可以一层又一层地构建出一个完整的通信协议。
如此，PC 主机才可以通过USB 接口对外围设各下达命令或是传输数据。
从最低层的信号观点来看，D＋与D-的差动信号是串行的时钟。
通过串行信号，即可将所要传输的数据发送出去或接收进来。
只不过稍前有提及过缆线的长度也会影响整个传输的品质。
如图2～4 所示，在不同的距离下，衰减产生的严重程度也就不同。
图2 发送端与接收端的D＋与D－差动信号（2．54 cm）
图3 发送端与接收端的D＋与D－差动信号（2 m）
图4 发送端与接收端的D＋与D－差动信号（5 nl）
通过这种D＋与D-的差动信号线，即可形成通信协议的上一层中的各种类型的字段，如图5 所示。
因此，用户就可以由字段再逐步地构建出一个完整的通信协议。