详解USB总线工作原理

一、问：当一个USB设备插入PC机，PC机怎么知道有设备插入？

答：如图1-1和图1-2所示，USB接口只有4条线： VCC（5V），GND，D-，D+。 PC机的USB插孔的D-和D+数据线均连接15K欧姆的下拉电阻。而USB设备端的D-或D+数据线连接1.5K欧姆的上拉电阻。当设备插入PC机的时候，会将PC机的D-或D+端的电压拉高，当PC机在D-或D+端检测到高电平时，就知道有设备插入了。如果是PC机D-端被拉高，接入的则是USB低速设备；如果是PC机D+端被拉高，接入的则是USB全速或高速设备，具体是全速设备还是高速设备，会由PC机和USB设备发包握手确定。

图1-1 USB低速设备硬件接线图

图1-2 USB全速（高速）设备硬件接线图

二、问：当USB设备插入后，PC机 会提醒我们“某某设备接入”，PC机怎么知道我们插入的设备的信息的呢？

答：如图2-1所示，当PC机检测到有USB设备插入后，会主动向设备发送命令包，要求设备告诉PC机，设备信息。这时设备必须向PC机回复自己的信息（以描述符形式）。明确一点：USB设备不会主动给PC机发数据，只能被动的等待PC机来拿。

图2-1 USB设备获取设备信息过程

三、问：PC机上接有非常多的USB设备，怎么分辨它们？

答：每一个USB设备接入PC时，USB总线驱动程序都会给它分配一个编号，接在USB总线上的每一个USB设备都有自己的编号（地址）。PC机想访问某个USB设备时，发出的命令都含有对应的编号（地址）。

四、问：USB设备刚接入PC时，还没有编号；那么PC怎么把“分配的编号”告诉它？

答： 新接入的USB设备的默认编号是0，在未分配新编号前，PC使用0编号和它通信。

五、其他一些概念

1、USB是主从结构所有的USB传输，都是从USB主机这方发起；USB设备没有“主动”通知USB主机的能力。例子：USB鼠标滑动一下立刻产生数据，但是它没有能力通知PC机来读数据，只能被动地等得PC机来读。

2、USB传输速度有：低速1.5Mbps（USB1.0协议）、全速12Mbps（USB1.1协议）、高速480Mbps（USB2.0协议）和超高速5Gbps（USB3.0协议）。

3、 USB的传输类型：

a. 控制传输：可靠，时间有保证，比如：USB设备的识别过程

b. 批量传输： 可靠， 时间没有保证， 比如：U盘

c. 中断传输：可靠，实时，比如：USB鼠标

d. 实时传输：不可靠，实时，比如：USB摄像头

4、所有USB通信数据的来源和目的都是基于端点，每个USB外设只有唯一一个地址，最多包含16个端点，注意：3.（IN） 和3.（OUT）是两个不同的端点。

5、USB传输的对象：端点（endpoint）

每一个端点都有传输类型，传输方向。我们说“读U盘”、“写U盘”，可以细化为：把数据写到U盘的端点1，从U盘的端点2里读出数据。除了端点0外，每一个端点只支持一个方向的数据传输。注意：端点0用于控制传输，既能输出也能输入。 术语里、程序里说的输入（IN）、输出（OUT） “都是” 基于USB主机的立场说的。比如鼠标的数据是从鼠标传到PC机， 对应的端点称为“输入端点”。