摘 要：通用串行总线(usb)是一种简单的计算机外围接口标准。它具有即插即用、扩展方便等优点，已成为计算机必备的一个接口。本文简要介绍usb总线的功能、拓朴结构及其数据传输过程，并举例说明usb接口的实际应用。

关键词：通用串行总线 usb接口 外围接口标准 一、usb接口背景

　　在早期的计算机系统上常用串口或并口连接外围设备。每个接口都需要占用计算机的系统资源(如中断，i/o地址，dma通道等)。无论是串口还是并口都是点对点的连接，一个接口仅支持一个设备。因此每添加一个新的设备，就需要添加一个isa/eisa 或pci卡来支持，同时系统需要重新启动才能驱动新的设备。

　　usb总线是intel、dec、microsoft、ibm等公司联合提出的一种新的串行总线标准，主要用于pc机与外围设备的互联。usb总线具有低成本、使用简单、支持即插即用、易于扩展等特点，已被广泛地用在pc机及嵌入式系统上。

二、usb总线优缺点

1.优 点

　　（1）使用简单

　　所用usb系统的接口一致，连线简单。系统可对设备进行自动检测和配置，支持热插拔。新添加设备系统不需要重新启动。

　　（2）应用范围广

　　usb系统数据报文附加信息少，带宽利用率高，可同时支持同步传输和异步传输两种传输方式。一个usb系统最多可支持127个物理设备。usb设备的带宽可从几kbps 到几mbps (在usb2.0版本，最高可达几百mbps)。一个usb系统可同时支持不同速率的设备，如低速的键盘、鼠标，全速的isdn、语音，高速的磁盘、图像等(仅usb2.0版本支持高速设备)。

　　（3）较强的纠错能力

　　usb系统可实时地管理设备插拔。在usb协议中包含了传输错误管理、错误恢复等功能，同时根据不同的传输类型来处理传输错误。

　　（4）总线供电

　　usb总线可为连接在其上的设备提供5v电压/100ma电流的供电，最大可提供500ma的电流。usb设备也可采用自供电方式。

　　（5）低成本

　　usb接口电路简单，易于实现，特别是低速设备。usb系统接口/电缆也比较简单，成本比串口/并口低。

2.缺 点

　　usb技术还不是很成熟，特别是高速设备。市场上现有的usb设备价格都比较昂贵，但随着usb技术的日益成熟，设备的不断增加和广泛应用，其价格将会有所降低。

三、usb系统拓扑结构

　　一个usb系统包含三类硬件设备: usb主机(usb host)、 usb设备(usb device)、usb集线器(usb hub)，如图1所示。

　

　　（1）usb host

　　在一个usb系统中，当且仅当有一个usb host时，usb host有以下功能:

　　◇ 管理usb系统；

　　◇ 每毫秒产生一帧数据；

　　◇ 发送配置请求对usb设备进行配置操作；

　　◇ 对总线上的错误进行管理和恢复。

　　（2）usb device

　　在一个usb系统中，usb device和usb hub总数不能超过127个。usb device接收usb总线上的所有数据包，通过数据包的地址域来判断是不是发给自己的数据包：若地址不符，则简单地丢弃该数据包；若地址相符，则通过响应usb host的数据包与usb host进行数据传输。

　　（3）usb hub

　　usb hub用于设备扩展连接，所有usb device都连接在usb hub的端口上。一个usb host总与一个根hub (usb root hub)相连。usb hub为其每个端口提供100ma电流供设备使用。同时，usb hub可以通过端口的电气变化诊断出设备的插拔操作，并通过响应usb host的数据包把端口状态汇报给usb host。一般来说，usb设备与usb hub间的连线长度不超过5m，usb系统的级联不能超过5级（包括root hub）。 四、usb总线数据传输

　　usb总线上数据传输的结构如图2所示。 　　从物理结构上，usb系统是一个星形结构；但在逻辑结构上，每个usb逻辑设备都是直接与usb host相连进行数据传输的。在usb总线上，每ms传输1帧数据。每帧数据可由多个数据包的传输过程组成。usb设备可根据数据包中的地址信息来判断是否响应该数据传输。在usb标准1.1版本中，规定了4种传输方式以适应不同的传输需求：

　　（1）控制传输（control transfer）

　　控制传输发送设备请求信息，主要用于读取设备配置信息及设备状态、设置设备地址，设置设备属性、发送控制命令等功能。全速设备每次控制传输的最大有效负荷可为64个字节，而低速设备每次控制传输的最大有效负荷仅为8个字节。

　　（2）同步传输（isochronous transfer）

　　同步传输仅适用于全速/高速设备。同步传输每ms进行一次传