USB接口介绍（下）-电子工程世界

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USB 封包格式

USB 的封包格式和早期的internet封包格式非常相似，要了解USB連接原理就一定要先了解封包格式。

USB packet format
OFFSET	TYPE	SIZE	VALUE
0	HeaderChksum	1	Checksum of the header by adding the header bytes, excluding the header checksum.
1	HeaderSize	1	Size of the header, including strings if applicable.
2	Signature	2	Signature: 0x1234
4	VendorID	2	USB Vendor ID
6	ProductID	2	USB Product ID
8	ProductVersion	1	Product version
9	FirmwareVersion	1	Firmware version
10	UsbAttributes	1	USB attributes: Bit 0: If set to 1, the header includes all three strings: language, manufacture, and product strings; if set to 0, the header does not include any strings. Bit 2: If set to 1, the device can be self powered; if set to 0, it cannot be self powered. Bit 3: If set to 1, the device can be bus powered; if set to 0, it cannot be bus powered. Bits 1 and 4 ... 7: Not used.
11	MaxPower	1	Maximum power the device needs in units of 2 mA.
12	Attribute	1	Device attributes: Bit 0: If set to 1, the CPU speed runs at 24 MHz; if set to 0, the CPU speed runs at 12 MHz. Bit 3: If set to 1, the device's EEPROM can support 400 MHz; if set to 0, it can not support 400 MHz. Bits 1, 2 and 4 ... 7: Not used.
13	WPageSize	1	Maximum I2C write page size
14	DataType	1	This value defines if the device is application EEPROM or device EEPROM. 0x01: Application EEPROM 0x02: Device EEPROM Other values are invalid.
15	RpageSize	1	Maximum I2C read page size. If the value is zero, the whole PayLoadSize is read in one I2C read setup.
16	PayLoadSize	2	Size of the application, if using EEPROM as an application EEPROM; otherwise the value is 0.
0xxx	Language string	4	Language string in standard USB string format if applicable.
0xxx	Manufacture string	...	Manufacture string in standard USB string format if applicable.
0xxx	Product string	...	Product string in standard USB string format if applicable.
0xxx	Application Code	...	Application code if applicable.

设备分类

依附在总线上的设备可以是需要特定的驱动程序的完全定制的设备，也可能属于某个设备类别。这些类别定义了某种设备的行为和接口描述符，这样一个驱动程序可能用于所有此种类别的设备。一般操作系统都为支持这些设备类别，为其提供通用驱动程序。

设备分类由USB设计论坛设备工作组决定,并分配ID。

如果一个设备类型属于整个设备，该设备的描述府bDeviceClass的域保存类别ID；如果它这是设备的一个界面，其ID保存在界面描述府的;bInterfaceClass域。他们都占用一个字节，所以最多有253种设备类别。（0x00和0xFF保留)。当bDeviceClass设为0x00，操作系统会检查每个接口的bInterfaceClass以确定其类别。

每种类别可选支持子类别（SubClass）和协议子定义（Protocol subdefinition）。这样可以用于主设备类型的不断修订。

常用设备类别和ID有：

0x00: 保留值
0x01: USB音频设备, 像声卡这样的设备。
0x03: 人机接口设备, 键盘鼠标等
0x06: 静止图像捕捉设备，用在USB上的Picture Transfer Protocol。
0x07: USB打印设备, 打印机。
0x08: USB大容量存储设备 keydrive, 可移动硬盘, MMC卡、SD卡、CF卡读卡器, 数码相机,数字音频播放器等。这一类设备显示成一个文件系统。
0x09: USB hubs。
0x0A: USB通信设备 ("CDC") used for 调制解调器（包括软件调制解调器), 网卡 (交叉电缆), ISDN, 传真。
0x0E: USB视频设备, 类似摄像头，电视卡的动态图像捕捉设备。
0xE0: 无线控制器，如蓝牙dongles。
0xFF: 定制设备。

USB接头

接头是由USB协会所指定，接头的设计一方面为了支持众多USB的基本需求，另一方面也避免以往许多类似串行接头所出现的问题。

接头设计的相当耐用。
不可能把USB接口插错。
接头能相对便宜地大量生产。
在USB网络中，接头被强制使用定向拓扑。USB不支持环形网络，因此不兼容的USB设备之间接口也不兼容。不像其他通讯系统(如RJ-45电缆)不能使用转换插头，防止环形USB网络产生。
适度的插拔力。
由于接头的构造，在将USB插头插入USB座时，插头外面的金属保护套会先接触到USB座内对应的金属部份，之后插头内部的四个触点才会接触到USB座。金属保护套会连接到系统的地点，提供路径使静电可以放电，避免因静电通过电子零件而造成损坏。

电源

USB 接头提供一组5伏特的电压，可作为相连接USB设备的电源。实际上，设备接收到的电源可能会低于5V，只略高于4V。USB规范要求在任何情形下，电压均不能超过5.25V；在最坏情形下（经由USB供电HUB所连接的LOW POWER设备）电压均不能低于4.375V，一般情形电压会接近5V。

一个 USB 的根集线器最多只能提供 500 mA 的电流。如此的电流已足以驱动许多电子设备，不过连接在总线供电HUB的所有设备，需要共享 500mA 的电流额度。一个由总线供电的设备可以使用到它所连接埠上允许输出的所有电源。

总线供电的HUB可以将电源供给连接在 HUB 上的所有设备，不过 USB 的规范只允许总线供电的 HUB 下游串接一层总线供电的设备，因此，总线供电的 HUB 下游不允许再串接另一个由总线供电的 HUB。许多 HUB 有外加电源，因此可以提供电源给下游的设备，不会消耗总线上的电源。若设备需要的电压超过5V，或是需要电流超过500mA，都需要使用外加电源。

相对于之前其他沟通介面仅能传递讯息资料，高电压USB插槽本身还能提供5V（伏特）的主动电压，及0.5A（安培）的电流，因此对于一些小型设备而言，可以不必再外接电源供应装置，就能利用来自USB插槽的电力顺利运作。利用这特点，也有厂商开发出适当的排线，将USB拿来当作供电插座般使用，例如作为移动电话的充电器，或是提供小型电灯的电力需要，反而与原本用来连接电脑用的主要用途无关。

扩展

PictBridge标准可以使得消费者使用的图形设备彼此互通（例如数码相机直接通过打印机输出）。一般它使用USB做为其底层通信协议。

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