USB基础知识概论 v0.8

本文主要介绍了USB协议的基础知识，包括USB协议的来龙去脉，OHCI/UHCI/EHCI/xHCI之间的区别和联系，USB的firmware，以及USB 2.0协议的概览，USB的枚举的详细过程，OHCI的一些特点 ### USB基础知识概论 #### 1. USB的来龙去脉 ##### 1.1. USB是什么 USB（Universal Serial Bus）即通用串行总线，是一种常用的接口标准和技术规范，用于规范计算机与外部设备之间的连接和通信。USB的设计目标是简化外设连接方式、提高数据传输速度并支持热插拔功能。 自1996年首次推出以来，USB已经历了多个版本的迭代升级。最初的USB 1.0版本于1996年发布，随后在1998年推出了USB 1.1版本，极大地提升了数据传输速率。2000年，USB 2.0规格正式公布，进一步提高了传输速度，达到了480Mbps，这标志着USB技术进入了高速发展阶段。 ##### 1.2. 为何要有USB USB的出现解决了传统计算机接口存在的诸多问题，比如复杂的接线方式、有限的端口数量以及缺乏热插拔功能等。USB接口可以轻松地将各种外设（如鼠标、键盘、打印机、存储设备等）连接到计算机上，并且支持即插即用和热插拔功能，极大地提高了用户使用的便捷性和灵活性。 #### 2. USB相关的基础知识 ##### 2.1. USB相关的硬件 USB系统的硬件组件主要包括主机（Host）、集线器（Hub）和设备（Device）三大部分。 **2.1.1. USB控制器类型：OHCI，UHCI，EHCI，xHCI** **2.1.1.1. OHCI和UHCI** OHCI（Open Host Controller Interface）和UHCI（Universal Host Controller Interface）是两种早期的USB控制器接口规范，它们分别由Intel和其他公司开发。 **2.1.1.1.1. 为何Intel设计的UHCI把更多的任务都留给软件实现？** UHCI是由Intel在1996年推出的一种USB控制器接口，它之所以将更多任务交给软件处理，主要是为了简化硬件设计并降低成本。通过让操作系统承担更多处理工作，可以在一定程度上降低硬件复杂度，使得UHCI控制器更容易被集成到主板或芯片组中。 **2.1.1.1.2. 为何嵌入式系统中的USB主控多用OHCI，而非UHCI？** OHCI相对于UHCI具有更好的性能和更高的兼容性。此外，OHCI支持更多的特性，如支持USB 1.1规范的全部功能。对于资源有限的嵌入式系统来说，OHCI能够提供更稳定的工作环境，因此在嵌入式领域得到了广泛的应用。 **2.1.1.1.3. OHCI和UHCI技术细节上的区别** OHCI与UHCI的主要区别在于其支持的功能不同。OHCI除了支持USB 1.1的所有特性外，还支持USB设备的热插拔功能，并且提供了更为灵活的编程模型。相比之下，UHCI只支持基本的USB 1.1功能，且对软件的支持相对较少。 **2.1.1.2. EHCI** EHCI（Enhanced Host Controller Interface）是在USB 2.0规范中引入的，它是针对USB 2.0高速模式（High Speed，最高传输速率为480Mbps）设计的控制器接口。EHCI在保持向下兼容性的同时，提供了对高速数据传输的支持。 **2.1.1.3. xHCI** xHCI（eXtensible Host Controller Interface）则是随着USB 3.0规范的推出而出现的新一代控制器接口。xHCI旨在支持USB 3.0规范带来的更高带宽需求，同时保持对旧版本USB设备的支持。相比于之前的USB控制器接口，xHCI拥有更加现代化的设计，支持更高效的数据传输机制，并具备更强的可扩展性。 总结来说，从UHCI到OHCI再到EHCI和xHCI，每个阶段的USB控制器接口都随着技术进步不断演进，以满足日益增长的数据传输需求和更复杂的使用场景。这些控制器的不同特性也反映了USB技术发展的轨迹及其对现代计算环境的影响。