USB的發展應用

摘 要 USB （Universal Serial Bus通用序列總線）主要是用來連接計算機與外圍裝置之間的總線，其隨插即用的功能，使其不須經過繁復的安裝程序便可任意將外圍裝置連結、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、鍵盤、喇叭、調制解調器、掃描機等各種不同的產品逐年增加，時至今日，USB接口已成為自COM port（串行端口）以后，計算機上最成功的外圍連接接口。

關鍵詞 通用串行總線 計算機 外圍裝置 即插即用

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A

0 引言

隨著信息網絡化的發展，經常需要將各種設備與主機相連，傳統的外設與主機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、使計算機與外部設備連接十分方便的優點。

1 USB的發展簡介

最初USB是由COMPAQ、DIGITALEQUIPMENT、IBM、INTEL、MICROSOFT、NEC以及NORTHERNTELECOM七家公司共同開發的一種新的外設連接技術。開發通用串行總線架構的目的主要基于計算機與電話之間的連接、易用性、端口擴充三方面考慮。到現在USB已經經歷了USB1.0、USB1.1、USB2.0、USB3.0等一系列規范和標準。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）和業界領先的公司一起攜手組建了USB 3.0推廣組，旨在開發速度超過當今10倍的超高效USB互聯技術。該技術是由英特爾，以及惠普（HP）、NEC、NXP半導體以及德州儀器（Texas Instruments）等公司共同開發的，最大傳輸帶寬高達5.0Gbps，應用領域包括個人計算機、消費及移動類產品的快速同步即時傳輸。隨著數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成為必要的性能需求。

2 USB傳輸的優勢

USB支持各種PC與外設之間的連接，還可實現數字多媒體集成，現在生產的PC幾乎都配備了USB接口，很多操作系統都增加了對USB的支持，USB總線具有以下優勢：

（1）設備安裝和配置容易。USB設備支持即插即用，安裝USB設備不必再打開機箱，加減已安裝過的設備，完全不用關閉計算機，所有USB設備支持熱拔插，系統對其進行自動配置，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設置。USB為接纜和連接頭提供了單一模型，解決了外設越來越多造成的插槽緊張問題。

（2）接口數目多。每個USB主機通過USB集線器，可以同時掛接最多127個外圍設備，有效地解決了多點數據采集系統FO口不夠用的問題。

（3）數據傳輸速度t比一般串行總線（如RS232，RS485等）快。USBI.1標準的接口最快可以達到12MbPs，可以滿足絕大多數多點數據采集系統的要求，如鍵盤、鼠標、Medem、游戲手柄以及攝像頭等設備的要求。在PC主機和采集系統都具備支持USB2.0標準的接口芯片時，最快可以達到48OMbPs，可以滿足高速數據采集的要求。

（4）有總線電源保護。系統連續3ms沒有總線活動，USB自動進入掛起狀態。

（5）性價比的優勢。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，將外設和主機硬件進行了最優化的集成，促進了低價格外設的發展。

（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傳輸的應用

3.1 USB接口的應用現狀

USB目前有以下常規應用：（1）前置接口，前置USB接口是位于機箱前面板上的USB擴展接口。使用USB接口可連接各種外部設備。（2）網卡，USB網卡是工作在數據鏈路層的網路組件，是局域網中連接計算機和傳輸介質的接口，不僅能實現與局域網傳輸介質之間的物理連接和電信號匹配，還涉及幀的發送與接收、幀的封裝與拆封、介質訪問控制、數據的編碼與解碼以及數據緩存的功能等。（3）硬盤盒，當前的主流，其最大優點是使用方便，支持熱插拔和即插即用。

3.2 USB傳輸的應用發展方向

無線USB，USB開發者論壇的主席兼英特爾公司的技術策略官Jeff Ravencraft表示，無線USB技術將幫助用戶在使用個人電腦連接打印機、數碼相機、音樂播放器和外置磁盤驅動器等設備時，從紛繁復雜的電纜連線中解放出來。無線USB標準的數據傳輸速率與當前的有線USB 2.0標準是一樣的，均為每秒480M，兩者的區別在于無線USB要求在個人電腦或外設中裝備無線收發裝置以代替電纜連線。

隨著USB應用領域的逐漸擴大，人們希望USB能應用在各種計算機領域中，尤其是在移動數據交換等沒有PC的領域當中。USB的應用拓撲結構中位于核心地位的是主機，任何一次USB數據傳輸都必須由主機來發起和控制。所有的USB設備都只能通過主機來互相傳輸數據。因此“如何實現USB的點對點通信”這個問題開始進入了USB開發者的下一步計劃中，于是USB主機的嵌入式應用成了USB領域新的興奮點。