一.何谓USB
USB为Universal Series Bus (通用序列总线)的缩写,是一种串行通讯协议(sereal protocol),它负责实体层和链接层的建立。它可以支持慢速的数据传输(如鼠标、键盘、游戏摇杆等)也支持快速的数字压缩影音信息。USB有两对线,分别用来传输数据和提供给接口设备所需的电源线,在2.0版前的标准定义了速度各为12Mbps(Full Speed)及1.5Mbps(Low Speed)的高速和低速两种电缆线(Cable),各与上游Host(主机)端的Type A连接器与下游Device (装置)端的Type B连接器组合而成USB线缆组(Cable Assembly)。透过USB集线器(Hub)和计算机内部的根集线器(Root Hub)就可以形成一个星状网络,并且随着集线器的数量增加而使得网络的规模随之增大。所以它籍由一种全球通用的连接器取代了传统的各种外接埠,像是串行端口、游戏接口和并列端口等,USB并且可以允许多达127个接口设备串接到一个外接USB埠上,而不必像现在的串行埠或并列埠一般,一个埠只能接一个接口设备。如图所示,简单的说,就是简化外部接口设备与主机之间的联接,利用一条传输线上并列串接各类接口设备,解决现在主机后面一大堆线乱绕的困境。而且还能够在不用重新开机或安装的状态下,随时安插各式的接口设备。为了使终端使用者能简化计算机周边配备连接与规划的过程。
USB是一种新的连接标准,它不需要再重新配置系统就可以使接口设备直接连到计算机,为随插即用(PnP,hot-swapping)提供了更为宽广的未来,增加了使用者使用上的方便迅速。目前USB已经可以达到480Mbps(High speed)高速传输目标,已经超过了IEEE1394-1995规格所定的速度,即使USB仍然有一些问题有待解决,不过占尽价格与技术优势的USB2.0将成为PC总线标准的主流已经是必然的趋势。
二. USB的主要特性
l.经济性:
USB 提供低价位的连接周边装置方案,一次最多可以连结多达127个装置。
l).热插拔及Plug&Play的功能:
USB自动侦测装置连接,软件会自动将其规划,以供立刻使用。此过程中,不需要使用者介入。
2).缆线供电:
USB支持两种传输速率,可分为低速(Low Speed)1.5Mb/s及高速(Full Speed)12Mb/s。另2.0版USB传输速率为480Mb/s。其中,前者使得低速/低价装置之使用成为可能。此乃因为缆线可被设计为不需要遮蔽因而价格降低。周边装置可直接由缆线供电。后者可提供5.0VDC的电力。视集线器连接器埠而定,电流的范围是100mA-500mA。
3).免除系统资源需求:
与ISA、EISA和PCI装置不同的是,USB装置不需要记意体或输出入地址空间(DMA)以及IRQ线。
4).错误侦测与复原:
USB交易包含错误侦测机制以确保资料的正确传递。当错误发生时,交易将被重试。
5).节省能源:
若是经过3ms总线没有动作,USB装置会自动进入省电状态。此时,装置所消耗的电流不超过500uA。
6).支持四种传输:
USB定义四种传输形态以支持各种不同装置的需求。这四种形态包括(巨量、实时、中断及控制传输)。
备注: ISA: industry standard architecture 工业标准结构EISA: Extended industry standard architecture 工业标准延伸架构PCI: Peripheral Component Interconnect 外部组件互连DMA: Direct Memory Access 直接内存存取IRQ: Interrupt Request 中断要求
三.USB的Raw Cable 结构
USB之缆线,包含一对信号线(白{D-}、绿{D+},有一对电源线(红{VBUS}、黑{Gnd}共四条导体线。
其构造依结构用途的不同而详述如下:
l.对High/Full Speed Cable而言,必须有:
1).一对对绞之28AWG讯号线(D+及D-)、
2).一对不用对绞的20-28AWG电源线、
3).65%以上之金属遮蔽。
2.对Low Speed Cable而言,必须有:
1).一对不用对绞之28AWG讯号线(D+及D-)、
2).一对不用对绞的20-28AWG电源线。
3.High/full Speed Cable除了必须符合High/Full Speed规格外,也必须符合Low Speed规格(但是Propagation Delay传播延迟除外);但Low Speed Cable只需要符合Low Speed规格。