ElfBoard嵌入式教育科普|USB接口全面解析

USB的全称是Universal Serial Bus，译为通用串行总线，是一种用于连接计算机及其外部设备的标准接口，它的设计旨在标准化连接计算机与外部设备之间的通信，到现在它已经是一种广泛应用于数据传输、充电和连接外围设备的技术。

USB接口支持不同的传输速度，从最初的低速（1.5Mbps）到全速（12Mbps），再到高速（480Mbps），以及现代的超高速（5Gbps及以上）版本，这使得USB成为一个灵活且快速的数据传输解决方案。USB接口不仅能传输数据，还能为连接的设备提供电源（通过USB充电），让USB成为移动设备充电和连接的理想选择。

USB接口支持热插拔功能，用户可以在计算机运行时插入或拔出设备，而不会影响系统的正常操作，这种特性大大增强了设备的易用性和可移植性。

类型

USB接口有多种版本和类型，包括标准的USB、Micro-USB、Mini-USB、Type-C等。每种类型适合不同的设备和使用场景，Type-C特别突出于其全面性，提供高传输速度、反向插拔、多功能和能量输送（PD）。

USB接口发展至今出现了很多不同类型的接口，每种类型都适合不同的设备和应用场景。

传统标准USB

USB Type-A和USB Type-B是传统意义上的标准USB接口形式，Type-A接口是最常见的USB接口类型，通常用于连接计算机、电脑外设如键盘、鼠标、打印机、U盘等设备，这种接口线缆端较宽，没有旋转对称性。

Type-B接口的中间为小矩形孔形状，通常用于打印机、扫描仪、外部硬盘等设备的连接。

Mini-USB

Mini-USB接口是一种小型的USB接口，指标与标准USB相同，但是引入了ID引脚用来支持OTG协议。同样分为两种Mini-A和Mini-B，Mini接口较Micro-USB大一些，但比Type-A和Type-B小。它们是Type-A和Type-B连接器的缩小版，一般用于便携式相机、游戏控制器和一些老款移动电话中。

Micro-USB

Micro-USB接口是一种小型的USB接口，USB-A和USB-B都有Micro大小的版本。Micro-USB是如今许多智能手机中非常常见的USB连接器。然而，随着USB Type-C的出现，Micro-USB正在慢慢被淘汰，不再用于新款高端智能手机。但Micro-USB仍然广泛应用于全球的廉价智能手机和其他电子设备中。

Type-C

Type-C接口有一个更扁平、更小的公口，中间的孔是扁平的椭圆形，适合小型连接器针脚插入。它是一种全面性的USB接口，具有小巧的设计和可逆的插头，可以在任何方向上插入。它支持高速数据传输（包括USB 3.1和USB 3.2标准）、充电（包括USB Power Delivery）、视频输出等功能。Type-C接口现在被广泛用于笔记本电脑、平板电脑、智能手机和其他移动设备。

USB协议

自1996年USB-IF（USB Implementers Forum）组织发布USB 1.0标准以来，USB标准经历了USB 1.1、USB 2.0、USB 3.0、USB 3.1、USB 3.2多个版本的发展。下面就简单了解一下各个版本的协议。

USB1.1修改了USB1.0出现的某些问题，但因为传输速度的缺陷，很少出现在市场上。USB 2.0的数据传输速率提高到480Mbps（高速），但受限于BOT传输协议和NRZI编码方式，实际最高传输速度只有35MByte/s左右。

USB 3.0（USB 3.1 Gen1/USB 3.2 Gen 1x1）速度由480Mbps大幅提升到5Gbp。USB 3.0的插座通常是蓝色的，并向下兼容USB 2.0和USB 1.x。USB 3.0引入了全双工传输，USB 1.x和USB 2.0则是半双工传输。

USB 3.1 Gen2（USB 3.1/USB 3.2 Gen 2x1，USB3.1和USB3.2 Gen 2x1 实际上是同一种技术标准的不同命名方式 ）基于USB 3.0 提升规格，传输速度提升为10Gbps，比USB 3.0 的5Gbps快上一倍，并向下兼容USB 2.0/1.0。

USB 3.2（USB 3.2 Gen 2x2）在USB Type-C接口上实现双通道，USB Type-A和Type-B不支持双通道。USB 3.2向下兼容USB 2.0和USB 1.x。另外，从USB 3.2开始，Type-C是唯一推荐的接口方案。

其中USB 3.2 Gen 1x2是USB 3.0的双通道模式，每条通道5Gbps，必须使用USB Type-C接口才能达到10Gbps的速度。USB 3.2 Gen 2x2是USB 3.1 Gen 2的双通道模式，每条通道10Gbps，同样必须使用USB Type-C接口才能达到20Gbps的速度。

USB Power Delivery（USB PD）：USB PD并不是传输速度的模式，而是一种电力传输协议。它允许通过USB接口传输更高功率，支持更快的充电速度和供电能力，适用于笔记本电脑、平板电脑和其他大功率设备。

USB On-The-Go（USB OTG）：USB接口根据所接外设的不同，会分为主机模式（Host）和从机模式（Device），主机模式的设备起到的是控制作用，负责提供电源，管理设备之间的通信和数据传输，为从机设备分配地址；从机模式的设备是被控制端，在从机模式下USB接口会被动的响应主机的指令和请求，需要与主机建立连接，接收主机的电源供应及传输数据，常见的从机设备有鼠标、键盘等；USB OTG不是严格意义上的工作模式，而是一种特殊的功能。它允许支持OTG的设备在需要时切换角色，可以作为主机设备或从机设备，支持直接设备之间的数据传输，非常适合移动设备和配件之间的互联。