【分享】一文帶你認識USB！

USB接口在短距離硬件通信和硬件供電等各個方面具有著不可取代的作用，加之USB Type-C技術(shù)的普及，USB更是受到人們的關(guān)注。

有線傳輸方式

第三期：USB通信

在USB未誕生之前，各種設(shè)備要連接到計算機上，都需要通過各自不同各類的接口。如鍵盤、鼠標使用PS / 2接口；打、復(fù)印機使用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熱插撥，每次添加設(shè)備都需要重啟計算機。一種易于使用、低成本、高傳輸速率、靈活協(xié)議、支持擴展的新總線誕生了，它就是USB——通用串行總線（Universal Serial Bus）。

USB標準的發(fā)展演變

USB 傳輸協(xié)議的制定組織是 USB-IF，成員有英特爾、微軟、惠普、蘋果等。從 1996 年的第一代 USB 1.0 開始到現(xiàn)在最新的 USB4，中間迭代了很多版本，也經(jīng)歷過多次改名。其標準主要包括以下幾個版本。

USB 1.0

USB1.0的傳輸速度只有1.5Mb/s，經(jīng)過技術(shù)人員幾百個日夜的努力下，USB1.0在1998年版本升到了為USB 1.1，速度也大大提升到12Mb/s，USB1.1的高速傳輸方式的傳輸速率為12Mbps，即傳輸速率為1.5MB/s。

USB 2.0

USB2.0的傳輸速率達到了480Mbps，即為60MB/s，USB 2.0的驅(qū)動程序可以驅(qū)動USB1.1，并且能夠和USB1.1兼容。

對于我們的研發(fā)工程師而言，在設(shè)計、研發(fā)USB2.0硬件接口產(chǎn)品的過程中，主要的難度在于：需要掌握復(fù)雜的USB2.0協(xié)議，自己開發(fā)USB設(shè)備的驅(qū)動程序，以及還需要了解相應(yīng)的ARM、FPGA、Linux等的程序編寫。

USB 3.0

USB3.0在完美條件下的極限傳輸速率為5.0Gbps，但在生活中只能達到極限狀態(tài)值的80%，那也相當于USB 2.0的極限傳輸速率值的10倍，傳輸速率顯著提升。USB3.0在物理層采用8b/10b的編碼方式，這樣算下來的極限傳輸速率也就4Gbps，在現(xiàn)實環(huán)境中的傳輸速率的基礎(chǔ)上相較而言還會再少一些。

2013年，在USB 3.1發(fā)布后不久，USB-IF組織將USB 3.0改名為USB 3.1 Gen1，USB 3.1改名為USB 3.1 Gen2。2019年，又將USB 3.1 Gen 1改名為USB 3.2 Gen1，USB 3.1 Gen2改名為USB 3.2 Gen2 x1，USB 3.2則被改名為USB 3.2 Gen2 x2。（為方便敘述，后續(xù)我們統(tǒng)一稱為USB 3.0標準）

USB4

USB4是2019年發(fā)布的，在硬件接口上，最新一代的USB4采用了Type-C的硬件接口，它本質(zhì)上是使用的Intel公司的雷電3（Thunderbolt3）技術(shù)，也支持USB標準，能夠兼容Thunderbolt3、USB3.2、USB3.1及USB2.0等協(xié)議。

2022年8月USB進一步修訂并以USB4 2.0的形式出現(xiàn)，提供更快的數(shù)據(jù)傳輸速率和改進的向后兼容性。不久之后，又一次嘗試整理命名約定，為USB電纜和端口添加了大量新徽標。

USB經(jīng)過二十幾年的發(fā)展，已經(jīng)從最初USB 1.0的1.5Mbps提升到今天USB4 2.0的80Gbps。

USB接口標準

USB接口分為標準USB接口、Mini USB接口和Micro USB接口三種類型。

標準USB接口

標準USB接口，又分為Type-A和Type-B兩種。其中Type-A和Type-B根據(jù)支持的USB標準不同，又可以分為USB 2.0和USB 3.0標準USB接口。Type-A接口是日常最常見的USB接口，廣泛應(yīng)用于鼠標、鍵盤、U盤等設(shè)備，Type-B則常用于打印機、特殊顯示器等設(shè)備上。

Mini USB接口

一種小型的USB接口，其指標與標準USB相同，但是加入了ID針腳，支持OTG功能。Mini USB可分為Mini-A和Mini-B兩種。Mini USB常用于一些小型設(shè)備上，如MP3、MP4、收音機、部分手機等。

Micro USB接口

與Mini USB接口相比，Micro USB體積更為小巧，可分為Micro-A和Micro-B兩種。

Type-C接口

新型USB接口，可正反插拔。隨著各種移動端設(shè)備向輕薄化、便攜化方向發(fā)展，加上USB4也使用了Type-C接口，以后的設(shè)備接口選型方向，將會統(tǒng)一采用USB4協(xié)議的Type-C接口。

除了Apple，幾乎所有移動設(shè)備都通過USB充電。USB統(tǒng)一江湖終是大勢所趨。