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目录

1. 文档概述

1.1 目的

1.2 适用范围

2. USB技术简介

2.1 基本概念

2.2 发展历史

3. 硬件规范

3.1 接口类型

3.2 引脚定义（以USB 2.0 Type-A为例）

4. Device（设备）与Host（主机）的角色

4.1 Host（主机）

4.2 Device（设备）

4.3 关键区别

5. 常见问题

Q1：一个USB系统中可以有多个Host吗？

Q2：全速设备能插在高速Host上吗？

Q3：如何识别设备是全速还是高速？

Q4：USB 3.0接口为何向下兼容2.0？

Q5：Type-C接口如何识别正反插？

1. 文档概述

1.1 目的

本文档提供USB（通用串行总线）技术的全面说明，包括协议标准、硬件接口、数据传输规范及开发指南。

1.2 适用范围

• USB 2.0/3.0/3.1/4.0等版本

• Type-A/B/C等接口类型

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2. USB技术简介

2.1 基本概念

• 定义：USB（Universal Serial Bus）是一种标准化连接接口，用于设备间的数据传输与电力供应。

• 特点：热插拔、即插即用、多设备级联、支持多种传输模式。

2.2 发展历史

版本	发布时间	速率	关键改进
USB 1.0	1996	1.5 Mbps	低速设备支持
USB 2.0	2000	480 Mbps	高速模式（Hi-Speed）
USB 3.2	2017	20 Gbps	双通道超高速
USB4	2019	40 Gbps	基于雷电3协议

USB 定义了三种速度模式，用于适应不同设备的性能需求：

模式	速率	典型应用场景
低速（Low Speed）	1.5 Mbps	键盘、鼠标等低数据量设备
全速（Full Speed）	12 Mbps	音频设备、老式U盘、打印机
高速（High Speed）	480 Mbps	大容量存储、高速摄像头

• 全速模式（Full Speed）是USB 的中间档速率，兼顾功耗和性能，适合中等数据吞吐量的设备。

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3. 硬件规范

3.1 接口类型

类型	示意图（可插入图片）	特点
USB Type-A	![Type-A]	标准主机接口，广泛兼容
USB Type-C	![Type-C]	正反插、支持USB PD快充

3.2 引脚定义（以USB 2.0 Type-A为例）

引脚	信号	颜色	功能
1	VCC	红	电源（+5V）
2	D-	白	数据负线
3	D+	绿	数据正线
4	GND	黑	地线

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4. Device（设备）与Host（主机）的角色

USB通信基于主从架构，设备与主机有明确的角色分工：

4.1 Host（主机）

• 功能：

  • 控制总线上的所有通信（发起数据传输请求）。

  • 为连接的设备提供电源（默认5V/500mA）。

  • 枚举和管理设备（如分配地址、加载驱动）。

• 典型例子：

  • 电脑、智能手机（作为Host时）、USB集线器（Hub）。

4.2 Device（设备）

• 功能：

  • 响应主机的指令，被动传输数据。

  • 通过描述符（Descriptor）向主机报告自身功能（如设备类型、支持的协议）。

• 典型例子：

  • U盘、鼠标、键盘、打印机等外设。

4.3 关键区别

特性	Host（主机）	Device（设备）
通信控制权	主动发起请求	被动响应请求
电源供应	提供电源（VBUS）	消耗电源
典型接口芯片	EHCI（USB 2.0主机控制器）	如FT232（USB转串口芯片）

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5. 常见问题

Q1：一个USB系统中可以有多个Host吗？

• 否。标准USB协议下，一条总线只能有一个Host（通过Root Hub管理多个Device）。但可通过OTG（On-The-Go）协议实现设备临时切换为主机（如手机连接U盘）。

Q2：全速设备能插在高速Host上吗？

• 可以。USB 2.0高速Host会自动降速匹配全速/低速设备（通过检测D+/D-线上的上拉电阻位置）。

Q3：如何识别设备是全速还是高速？

• 硬件上：全速设备的D+线上拉电阻（1.5kΩ），高速设备初始为全速，后续通过主机协商切换。

• 软件上：通过描述符中的bcdUSB字段判断（如0x0200表示USB 2.0）。

Q4：USB 3.0接口为何向下兼容2.0？

• 通过独立的数据通道（蓝色引脚保留2.0信号线）。

Q5：Type-C接口如何识别正反插？

• CC（Configuration Channel）引脚检测方向并切换信号通路。