【分享】一文带你认识USB！

USB接口在短距离硬件通信和硬件供电等各个方面具有着不可取代的作用，加之USB Type-C技术的普及，USB更是受到人们的关注。

 

 

有线传输方式

第三期：USB通信

在USB未诞生之前，各种设备要连接到计算机上，都需要通过各自不同各类的接口。如键盘、鼠标使用PS / 2接口；打、复印机使用DB-25并行端口；串口使用DE-9串行端口。而且以上接口大多不可热插拨，每次添加设备都需要重启计算机。一种易于使用、低成本、高传输速率、灵活协议、支持扩展的新总线诞生了，它就是USB——通用串行总线（Universal Serial Bus）。
 

 

USB标准的发展演变

USB 传输协议的制定组织是 USB-IF，成员有英特尔、微软、惠普、苹果等。从 1996 年的第一代 USB 1.0 开始到现在最新的 USB4，中间迭代了很多版本，也经历过多次改名。其标准主要包括以下几个版本。

USB 1.0
 

USB1.0的传输速度只有1.5Mb/s，经过技术人员几百个日夜的努力下，USB1.0在1998年版本升到了为USB 1.1，速度也大大提升到12Mb/s，USB1.1的高速传输方式的传输速率为12Mbps，即传输速率为1.5MB/s。

 

USB 2.0

USB2.0的传输速率达到了480Mbps，即为60MB/s，USB 2.0的驱动程序可以驱动USB1.1，并且能够和USB1.1兼容。

 

对于我们的研发工程师而言，在设计、研发USB2.0硬件接口产品的过程中，主要的难度在于：需要掌握复杂的USB2.0协议，自己开发USB设备的驱动程序，以及还需要了解相应的ARM、FPGA、Linux等的程序编写。

 

USB 3.0

USB3.0在完美条件下的极限传输速率为5.0Gbps，但在生活中只能达到极限状态值的80%，那也相当于USB 2.0的极限传输速率值的10倍，传输速率显著提升。USB3.0在物理层采用8b/10b的编码方式，这样算下来的极限传输速率也就4Gbps，在现实环境中的传输速率的基础上相较而言还会再少一些。

2013年，在USB 3.1发布后不久，USB-IF组织将USB 3.0改名为USB 3.1 Gen1，USB 3.1改名为USB 3.1 Gen2。2019年，又将USB 3.1 Gen 1改名为USB 3.2 Gen1，USB 3.1 Gen2改名为USB 3.2 Gen2 x1，USB 3.2则被改名为USB 3.2 Gen2 x2。（为方便叙述，后续我们统一称为USB 3.0标准）
 

 

USB4

USB4是2019年发布的，在硬件接口上，最新一代的USB4采用了Type-C的硬件接口，它本质上是使用的Intel公司的雷电3（Thunderbolt3）技术，也支持USB标准，能够兼容Thunderbolt3、USB3.2、USB3.1及USB2.0等协议。

 

2022年8月USB进一步修订并以USB4 2.0的形式出现，提供更快的数据传输速率和改进的向后兼容性。不久之后，又一次尝试整理命名约定，为USB电缆和端口添加了大量新徽标。

 

 

USB经过二十几年的发展，已经从最初USB 1.0的1.5Mbps提升到今天USB4 2.0的80Gbps。

 

USB接口标准

USB接口分为标准USB接口、Mini USB接口和Micro USB接口三种类型。

标准USB接口
 

标准USB接口，又分为Type-A和Type-B两种。其中Type-A和Type-B根据支持的USB标准不同，又可以分为USB 2.0和USB 3.0标准USB接口。Type-A接口是日常最常见的USB接口，广泛应用于鼠标、键盘、U盘等设备，Type-B则常用于打印机、特殊显示器等设备上。

 

Mini USB接口

一种小型的USB接口，其指标与标准USB相同，但是加入了ID针脚，支持OTG功能。Mini USB可分为Mini-A和Mini-B两种。Mini USB常用于一些小型设备上，如MP3、MP4、收音机、部分手机等。

 

Micro USB接口

与Mini USB接口相比，Micro USB体积更为小巧，可分为Micro-A和Micro-B两种。

 

Type-C接口

新型USB接口，可正反插拔。随着各种移动端设备向轻薄化、便携化方向发展，加上USB4也使用了Type-C接口，以后的设备接口选型方向，将会统一采用USB4协议的Type-C接口。

 

除了Apple，几乎所有移动设备都通过USB充电。USB统一江湖终是大势所趋。