USB的發(fā)展應(yīng)用

摘 要 USB （Universal Serial Bus通用序列總線）主要是用來連接計算機(jī)與外圍裝置之間的總線，其隨插即用的功能，使其不須經(jīng)過繁復(fù)的安裝程序便可任意將外圍裝置連結(jié)、配置、使用及移除。而由于USB的即插即用性，使得支持USB的外圍裝置包括鼠標(biāo)、鍵盤、喇叭、調(diào)制解調(diào)器、掃描機(jī)等各種不同的產(chǎn)品逐年增加，時至今日，USB接口已成為自COM port（串行端口）以后，計算機(jī)上最成功的外圍連接接口。

關(guān)鍵詞 通用串行總線 計算機(jī) 外圍裝置 即插即用

中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

隨著信息網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，經(jīng)常需要將各種設(shè)備與主機(jī)相連，傳統(tǒng)的外設(shè)與主機(jī)的通訊接口一般是基于PCI總線、ISA總線或者是RS-232串行總線。而通用串行總線（Universal Serial Bus，簡稱USB）與以前的RS-232、ISA、PCI和并行接口等相比，USB通用串行總線具有通用、高速、熱拔插、即插即用、使計算機(jī)與外部設(shè)備連接十分方便的優(yōu)點。

1 USB的發(fā)展簡介

最初USB是由COMPAQ、DIGITALEQUIPMENT、IBM、INTEL、MICROSOFT、NEC以及NORTHERNTELECOM七家公司共同開發(fā)的一種新的外設(shè)連接技術(shù)。開發(fā)通用串行總線架構(gòu)的目的主要基于計算機(jī)與電話之間的連接、易用性、端口擴(kuò)充三方面考慮。到現(xiàn)在USB已經(jīng)經(jīng)歷了USB1.0、USB1.1、USB2.0、USB3.0等一系列規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。從最初1.0的1.5Mbps傳輸頻寬到2.0的480Mbps傳輸頻寬。而英特爾公司（Intel）和業(yè)界領(lǐng)先的公司一起攜手組建了USB 3.0推廣組，旨在開發(fā)速度超過當(dāng)今10倍的超高效USB互聯(lián)技術(shù)。該技術(shù)是由英特爾，以及惠普（HP）、NEC、NXP半導(dǎo)體以及德州儀器（Texas Instruments）等公司共同開發(fā)的，最大傳輸帶寬高達(dá)5.0Gbps，應(yīng)用領(lǐng)域包括個人計算機(jī)、消費及移動類產(chǎn)品的快速同步即時傳輸。隨著數(shù)字媒體的日益普及以及傳輸文件的不斷增大，甚至超過25GB，快速同步即時傳輸已經(jīng)成為必要的性能需求。

2 USB傳輸?shù)膬?yōu)勢

USB支持各種PC與外設(shè)之間的連接，還可實現(xiàn)數(shù)字多媒體集成，現(xiàn)在生產(chǎn)的PC幾乎都配備了USB接口，很多操作系統(tǒng)都增加了對USB的支持，USB總線具有以下優(yōu)勢：

（1）設(shè)備安裝和配置容易。USB設(shè)備支持即插即用，安裝USB設(shè)備不必再打開機(jī)箱，加減已安裝過的設(shè)備，完全不用關(guān)閉計算機(jī)，所有USB設(shè)備支持熱拔插，系統(tǒng)對其進(jìn)行自動配置，不再占用中斷資源或者DMA資源，徹底拋棄了過去的跳線和拔碼開關(guān)設(shè)置。USB為接纜和連接頭提供了單一模型，解決了外設(shè)越來越多造成的插槽緊張問題。

（2）接口數(shù)目多。每個USB主機(jī)通過USB集線器，可以同時掛接最多127個外圍設(shè)備，有效地解決了多點數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)FO口不夠用的問題。

（3）數(shù)據(jù)傳輸速度t比一般串行總線（如RS232，RS485等）快。USBI.1標(biāo)準(zhǔn)的接口最快可以達(dá)到12MbPs，可以滿足絕大多數(shù)多點數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求，如鍵盤、鼠標(biāo)、Medem、游戲手柄以及攝像頭等設(shè)備的要求。在PC主機(jī)和采集系統(tǒng)都具備支持USB2.0標(biāo)準(zhǔn)的接口芯片時，最快可以達(dá)到48OMbPs，可以滿足高速數(shù)據(jù)采集的要求。

（4）有總線電源保護(hù)。系統(tǒng)連續(xù)3ms沒有總線活動，USB自動進(jìn)入掛起狀態(tài)。

（5）性價比的優(yōu)勢。具有廉價的電纜和連接頭，并以低廉的價格提供傳輸速率為1.SMb/s的子通道，將外設(shè)和主機(jī)硬件進(jìn)行了最優(yōu)化的集成，促進(jìn)了低價格外設(shè)的發(fā)展。

（6）支持四種傳輸模式。這四種傳輸模式分別為：中斷傳輸、批量傳輸、同步傳輸和控制傳輸。

3 USB傳輸?shù)膽?yīng)用

3.1 USB接口的應(yīng)用現(xiàn)狀

USB目前有以下常規(guī)應(yīng)用：（1）前置接口，前置USB接口是位于機(jī)箱前面板上的USB擴(kuò)展接口。使用USB接口可連接各種外部設(shè)備。（2）網(wǎng)卡，USB網(wǎng)卡是工作在數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)路組件，是局域網(wǎng)中連接計算機(jī)和傳輸介質(zhì)的接口，不僅能實現(xiàn)與局域網(wǎng)傳輸介質(zhì)之間的物理連接和電信號匹配，還涉及幀的發(fā)送與接收、幀的封裝與拆封、介質(zhì)訪問控制、數(shù)據(jù)的編碼與解碼以及數(shù)據(jù)緩存的功能等。（3）硬盤盒，當(dāng)前的主流，其最大優(yōu)點是使用方便，支持熱插拔和即插即用。

3.2 USB傳輸?shù)膽?yīng)用發(fā)展方向

無線USB，USB開發(fā)者論壇的主席兼英特爾公司的技術(shù)策略官Jeff Ravencraft表示，無線USB技術(shù)將幫助用戶在使用個人電腦連接打印機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、音樂播放器和外置磁盤驅(qū)動器等設(shè)備時，從紛繁復(fù)雜的電纜連線中解放出來。無線USB標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳輸速率與當(dāng)前的有線USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)是一樣的，均為每秒480M，兩者的區(qū)別在于無線USB要求在個人電腦或外設(shè)中裝備無線收發(fā)裝置以代替電纜連線。

隨著USB應(yīng)用領(lǐng)域的逐漸擴(kuò)大，人們希望USB能應(yīng)用在各種計算機(jī)領(lǐng)域中，尤其是在移動數(shù)據(jù)交換等沒有PC的領(lǐng)域當(dāng)中。USB的應(yīng)用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中位于核心地位的是主機(jī)，任何一次USB數(shù)據(jù)傳輸都必須由主機(jī)來發(fā)起和控制。所有的USB設(shè)備都只能通過主機(jī)來互相傳輸數(shù)據(jù)。因此“如何實現(xiàn)USB的點對點通信”這個問題開始進(jìn)入了USB開發(fā)者的下一步計劃中，于是USB主機(jī)的嵌入式應(yīng)用成了USB領(lǐng)域新的興奮點。