USB（Universal Serial Bus）是通用串行總線的縮寫(xiě)，它是連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與外部設(shè)備的一種串口總線標(biāo)準(zhǔn)，也是一種輸入輸出接口的技術(shù)規(guī)范，被廣泛地應(yīng)用于個(gè)人電腦和移動(dòng)設(shè)備等信息通訊產(chǎn)品，并擴(kuò)展至攝影器材、數(shù)字電視（機(jī)頂盒）、游戲機(jī)等其它相關(guān)領(lǐng)域。多媒體電腦剛問(wèn)世時(shí)，外接式設(shè)備的傳輸接口各不相同，如打印機(jī)只能接LPT、調(diào)制解調(diào)器只能接RS232、鼠標(biāo)鍵盤(pán)只能接PS/2等。繁雜的接口系統(tǒng)，加上必須安裝驅(qū)動(dòng)程序并重啟才能使用的限制，都會(huì)造成用戶(hù)的困擾。因此，創(chuàng)造出一個(gè)統(tǒng)一且支持易插拔的外接式傳輸接口，便成為無(wú)可避免的趨勢(shì)，USB應(yīng)運(yùn)而生。最新一代的USB是USB4，傳輸速度為40Gbit/s。物理接頭USB Type-A、Type-B接頭分正反面，新型USB Type-C接頭不分正反，目前已經(jīng)大規(guī)模用在手機(jī)設(shè)備上.1996年 USB 1.0 速度只有1.5Mb/s——1998年 USB 1.1版本傳輸速率（兩種模式）：低速（Low Speed）1.5Mbps全速(Full Speed)12Mbps——2000年4月 USB 2.0版本USB 2.0兼容所有USB 1.0外部設(shè)備及電纜線等，傳輸速率達(dá)480Mbps（高速High Speed 系列）。——2008年11月 USB 3.0版本 最大傳輸速率高達(dá)5.0Gb/s，也就是625MB/s ——Super Speed引入了新的電源管理機(jī)制，支持待機(jī)、休眠和暫停等狀態(tài)
2）全速/低速USB總線設(shè)備連接方法全速設(shè)備：D+上接1.5k上拉電阻；低速設(shè)備：D-上接1.5k上拉電阻；
3）電氣特性收發(fā)器：對(duì)地電源電壓為4.75~5.25V，設(shè)備吸入的最大電流值為500mA ，D+、 D-上不加電壓。USB設(shè)備：高速在D+上加3.0~3.6V電壓, 低速反之。D+、D-線電氣特性： 無(wú)驅(qū)動(dòng)：高速VD+ ＞ 2.7V, VD-＜0.8V, 低速反之； 有驅(qū)動(dòng)：高速VD+ ＞ 2.0V, VD-＜2.0V, 低速反之。 D+、D-線信號(hào)特性： 高電平：VD+ － VD-＞200mV，VD+ ＞2.0V ； 低電平：VD- － VD+ ＞200mV，VD- ＞2.0V 。 D+、D-線數(shù)據(jù)特性：NRZI（不歸零反向碼） 邏輯0：D+、D-線上電平高、低間跳變； 邏輯1：D+、D-線上電平不變。
USB總線系統(tǒng)中的設(shè)備可以分為三個(gè)類(lèi)型： USB主機(jī)（ USB主控制器/根集線器(USB Host)）：只能有一個(gè)，管理USB系統(tǒng)，每秒產(chǎn)生一幀數(shù)據(jù)；發(fā)送配置請(qǐng)求對(duì)USB設(shè)備進(jìn)行配置操作，對(duì)總線上的錯(cuò)誤進(jìn)行管理和恢復(fù)。 USB 集線器（USB HUB）：類(lèi)似于網(wǎng)絡(luò)集線器，完成USB設(shè)備的添加（擴(kuò)展）、刪除和電源管理等。 USB總線設(shè)備（USB功能外設(shè) USB function）。傳輸協(xié)議
我們定義這樣幾個(gè)狀態(tài)：假設(shè)D+,D-分別表示usb信號(hào)線的電平信號(hào)。那么對(duì)于usb full speed function(high speed ,low speed是不同的),我們定義差分?jǐn)?shù)據(jù)線上可能出現(xiàn)的四個(gè)狀態(tài)：Data J state:D+=1，D-=0；Data K state:D+=0，D-=1；SE0：D+=D-=0;SE1：D+=D-=1數(shù)字串構(gòu)成域，域再構(gòu)成包，包是USB系統(tǒng)中信息傳輸?shù)幕締卧?，所有?shù)據(jù)都是經(jīng)過(guò)打包后在總線上傳輸?shù)摹?/span> USB包由五部分組成，即同步字段（SYNC）、包標(biāo)識(shí)符字段（PID）、數(shù)據(jù)字段、循環(huán)冗余校驗(yàn)字段（CRC）和包結(jié)尾字段（EOP），包的基本格式如下： SYNC（8或32 bits） PID（8 bits） DATA（0-1023bytes） CRC(5或6bits ) EOP（2 bit）域（字段）由若干位組成(多少位由具體的域決定)，域可分為七個(gè)類(lèi)型： 同步域(SYNC)由8位/32位組成，作為每個(gè)數(shù)據(jù)包的前導(dǎo)，用來(lái)產(chǎn)生同步作用，使USB設(shè)備與總線的包傳輸率同步，它的數(shù)值固定為000000001。 作用：① 通知USB串行接口引擎數(shù)據(jù)要開(kāi)始傳輸；② 同步主機(jī)和設(shè)備之間的時(shí)鐘。格式：Full/low-speed為8位，high-speed為32位。① 全速/低速設(shè)備的同步域?yàn)?0000001；② 高速設(shè)備的同步域?yàn)?1個(gè)0，后面跟1個(gè)1；注意：這是對(duì)發(fā)送端的要求，接收端在解碼時(shí)，0的個(gè)數(shù)可以少于這個(gè)數(shù)。 包標(biāo)識(shí)符PID是用來(lái)標(biāo)識(shí)一個(gè)包的類(lèi)型。PID共有8位，目前USB協(xié)議僅使用4位(PID0~PID3)，另外4位(PID4~PID7)是PID0~PID3的取反，用來(lái)校驗(yàn)PID。傳輸?shù)捻樞驗(yàn)镻ID0,PID1,PID2,PID3,...,PID7。包的類(lèi)型包括令牌包(token packet, PID1~0為01)、數(shù)據(jù)包(data packet, PID1~0為11)、握手包(handshake packet, PID1~0為10)、特殊包(special packet, PID1~0為00)：
在USB包中，數(shù)據(jù)字段可以包含設(shè)備地址、端點(diǎn)號(hào)、幀序列號(hào)以及數(shù)據(jù)等內(nèi)容。它僅存于DATA數(shù)據(jù)包中，根據(jù)不同的傳輸類(lèi)型，擁有不同的字節(jié)大小，從0到1023字節(jié)（同步傳輸）。在總線傳輸中，總是先傳輸字節(jié)的最低位，最后傳輸字節(jié)的最高位。 （1）ADDR設(shè)備地址數(shù)據(jù)域： ADDR數(shù)據(jù)域由7位組成，可用來(lái)尋址多達(dá)127個(gè)外圍設(shè)備。 （2）ENDP端點(diǎn)數(shù)據(jù)域： ENDP數(shù)據(jù)域由4位組成，通過(guò)這4個(gè)位最多可尋址出32個(gè)端點(diǎn)。這個(gè)ENDP數(shù)據(jù)域僅用在IN、OUT與SETUP令牌信息包中。對(duì)于慢速設(shè)備可支持端點(diǎn)0以及端點(diǎn)1作為中斷傳輸模式，而全速設(shè)備則可以擁有16個(gè)輸入端點(diǎn)（IN）與16個(gè)輸出端點(diǎn)（OUT）共32個(gè)端點(diǎn)。 （3）Frame Number： 當(dāng)USB令牌包的PID為SOF時(shí)，其數(shù)據(jù)字段必須為11位的幀序列號(hào)。幀序列號(hào)由主機(jī)產(chǎn)生，且每個(gè)數(shù)據(jù)幀自動(dòng)+1，最大數(shù)值為0x7FF。當(dāng)幀序列號(hào)達(dá)到最大數(shù)時(shí)將自動(dòng)從0開(kāi)始循環(huán)現(xiàn)在的USB已經(jīng)可以當(dāng)成萬(wàn)能接口了，跟其他接口轉(zhuǎn)換也相對(duì)比較容易，所以具體的通信流程不做贅述了。
小結(jié)：
1.之前做過(guò)USB攝像頭(3T硬盤(pán)損壞，導(dǎo)致項(xiàng)目資料丟失，不然可以將原理圖，代碼，工作流程介紹展開(kāi))，現(xiàn)在只能建議兄弟們做好阻抗匹配，USB線最好是帶屏蔽的，或者將DP,DM,GND絞在一起也能緩解信號(hào)干擾和衰減。
2.USB2.0的速度理論最高是480M，一般的跑到300M就差不多，再高基本很難達(dá)到了。
3.一般SOC和MCU是要加PHY芯片的，不過(guò)現(xiàn)在多數(shù)已經(jīng)集成了，不需要加PHY芯片了。
4.USB3.0的發(fā)送和接收是可以互換的，兄弟們搞反了也沒(méi)事，估計(jì)應(yīng)該沒(méi)有兄弟會(huì)去關(guān)注這點(diǎn)，USB也是分主從的，理論上是接127個(gè)設(shè)備。