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目前 USB支持3種數(shù)據(jù)信號速率,USB設(shè)備應(yīng)該在其外殼或者有時(shí)是自身上正確標(biāo)明其使用的速率。USB-IF進(jìn)行設(shè)備認(rèn)證并為通過兼容測試并支付許可費(fèi)用的設(shè)備提供基本速率(低速和全速)和高速的特殊商標(biāo)許可。
1.5 Mbit/s (183 KByte/s) 的低速速率,主要用于人機(jī)接口設(shè)備(Human Interface Devices ,HID)例如鍵盤、鼠標(biāo)、游戲桿。
12 Mbit/s (1.4 MByte/s)的全速速率, 在USB 2.0之前是曾經(jīng)是zui高速率,后起的更高速率的高速接口應(yīng)該兼容全速速率。多個(gè)全速設(shè)備間可以按照先到先得法則劃分帶寬;使用多個(gè)等時(shí)設(shè)備時(shí)會超過帶寬上限也并不罕見。所有的USB Hub支持全速速率。
480 Mbit/s (57 MByte/s)的高速速率。 并非所有的USB 2.0設(shè)備都是高速的。高速設(shè)備插入全速hub時(shí)應(yīng)該與全速兼容。而高速hub具有所謂Transaction Translator(事務(wù)翻譯器)功能,能夠隔離全速、低速設(shè)備與高速之間數(shù)據(jù)流,但是不會影響供電和串聯(lián)深度。
軟件架構(gòu)
一個(gè)USB主機(jī)通過hub鏈可以連接多個(gè)設(shè)備。由于理論上一個(gè)物理設(shè)備可以承擔(dān)多種功能,例如路由器同時(shí)也可以是一個(gè)SD卡讀卡器,USB的術(shù)語中設(shè)備(device)指得是功能(functions)。集線器(hub)由于作用特殊,按照正式的觀點(diǎn)并不認(rèn)為是function。 直接連接到主機(jī)的hub是根(root)hub。
端點(diǎn)
端點(diǎn)(和各自的管道)在每個(gè)方向上按照0-15編號,因此一個(gè)設(shè)備/功能zui多有32個(gè)活動管道,16個(gè)進(jìn),16個(gè)出。 (出( OUT)指離開控制器,而入(IN)指進(jìn)入主機(jī)控制器。) 兩個(gè)方向的端點(diǎn)0總是留給總線管理,占用了32個(gè)端點(diǎn)中的2個(gè)。在管道中,數(shù)據(jù)使用不同長度的包傳遞,端點(diǎn)可以傳遞的包長度上限一般是2n字節(jié),所以USB包經(jīng)常包含的數(shù)據(jù)量依次有8、16、32、64、128、256、512或者1024字節(jié)。
一個(gè)端點(diǎn)只能單向(進(jìn)/出)傳輸數(shù)據(jù),自然管道也是單向的。每個(gè)USB設(shè)備至少有兩個(gè)端點(diǎn)/管道:它們分別是進(jìn)出方向的,編號為0,用于控制總線上的設(shè)備。按照各自的傳輸類型,管道被分為4類:
控制傳輸——一般用于短的、簡單的對設(shè)備的命令和狀態(tài)反饋,例如用于總線控制的0號管道
等時(shí)傳輸——按照有保障的速度(可能但不必然是盡快地)傳輸,可能有數(shù)據(jù)丟失,例如實(shí)時(shí)的音頻、視頻
中斷傳輸——用于必須保證盡快反應(yīng)的設(shè)備(有限延遲),例如鼠標(biāo)、鍵盤
批量傳輸——使用余下的帶寬大量地(但是沒有對于延遲、連續(xù)性、帶寬和速度的保證)傳輸數(shù)據(jù),例如普通的文件傳輸
設(shè)備分類
設(shè)備分類由USB設(shè)計(jì)論壇設(shè)備工作組決定,并分配ID。
如果一個(gè)設(shè)備類型屬于整個(gè)設(shè)備,該設(shè)備的描述府bDeviceClass的域保存類別ID;如果它這是設(shè)備的一個(gè)界面,其ID保存在界面描述府的;bInterfaceClass域。他們都占用一個(gè)字節(jié),所以zui多有253種設(shè)備類別。(0x00和0xFF保留)。當(dāng)bDeviceClass設(shè)為0x00,操作系統(tǒng)會檢查每個(gè)接口的bInterfaceClass以確定其類別。
每種類別可選支持子類別(SubClass)和協(xié)議子定義(Protocol subdefinition)。這樣可以用于主設(shè)備類型的不斷修訂。
USB接頭
接頭是由USB協(xié)會所,接頭的設(shè)計(jì)一方面為了支持眾多USB的基本需求,另一方面也避免以往許多類似串行接頭所出現(xiàn)的問題。
接頭設(shè)計(jì)的相當(dāng)耐用。許多以往使用的接頭較脆弱,即使受力不大,有時(shí)針腳或零件也會折彎甚至斷裂。而USB接頭的金屬導(dǎo)電部份周圍有塑料作為保護(hù),而且整個(gè)連接部份被金屬的保護(hù)套圍住,因此USB接頭不論插拔,都不容易受損。
不可能把USB接口插錯(cuò)。這是防呆設(shè)計(jì),方向相反的插頭不可能插到插座里,方向正反很容易感覺出來。
接頭能相對便宜地大量生產(chǎn)。
在USB網(wǎng)絡(luò)中,接頭被強(qiáng)制使用定向拓?fù)洹SB不支持環(huán)形網(wǎng)絡(luò),因此不兼容的USB設(shè)備之間接口也不兼容。不像其他通訊系統(tǒng)(如RJ-45電纜)不能使用轉(zhuǎn)換插頭,防止環(huán)形USB網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生。
適度的插拔力。USB電纜和小型USB設(shè)備能被插口卡住(不需要夾子、螺絲或者其他接口那樣的鎖扣)。允許通過適當(dāng)力量插拔,連接器要方便困難環(huán)境和殘障人士使用。
由于接頭的構(gòu)造,在將USB插頭插入U(xiǎn)SB座時(shí),插頭外面的金屬保護(hù)套會先接觸到USB座內(nèi)對應(yīng)的金屬部份,之后插頭內(nèi)部的四個(gè)觸點(diǎn)才會接觸到USB座。金屬保護(hù)套會連接到系統(tǒng)的地點(diǎn),提供路徑使靜電可以放電,避免因靜電通過電子零件而造成損壞。
電源
USB 接頭提供一組5伏特的電壓,可作為相連接USB設(shè)備的電源。實(shí)際上,設(shè)備接收到的電源可能會低于5V,只略高于4V。USB規(guī)范要求在任何情形下,電壓均不能超過5.25V;在zui壞情形下(經(jīng)由USB供電HUB所連接的LOW POWER設(shè)備)電壓均不能低于4.375V,一般情形電壓會接近5V。
擴(kuò)展
PictBridge標(biāo)準(zhǔn)可以使得消費(fèi)者使用的圖形設(shè)備彼此互通(例如數(shù)碼相機(jī)直接通過打印機(jī)輸出)。一般它使用USB做為其底層通信協(xié)議。
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