如何为具体应用选择USB总线

文章摘要：自供电的集线器从本地电源(即墙体电源)提取功率。一个自供电的集线器将从其上游端口吸取高达100mA的电流，在集线器的其余部分的电源关断时，允许接口为功能块供电。一个自供电的集线器需要为每个下游端口提供500mA。规范没有限制一个自供电的集线器所能连接的下游端口数量，但出于供电的考虑通常限制到7个或更少一点。一个7端口的集线器必须能够为功能块提供大于3.5A(500mA/每端口)的电流。USB外设今天的USB外设包括鼠标，存储器棒，外驱，便携式音频播放器和数码相机。根据规范，一个外设是一个能够执行某项特定功能的逻辑或物理实体。最低级别的外设指的是一个单独的硬件部件(即闪存)。而高级别的外设指的是

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　　自供电的集线器从本地电源(即墙体电源)提取功率。一个自供电的集线器将从其上游端口吸取高达100mA的电流，在集线器的其余部分的电源关断时，允许接口为功能块供电。一个自供电的集线器需要为每个下游端口提供500mA。规范没有限制一个自供电的集线器所能连接的下游端口数量，但出于供电的考虑通常限制到7个或更少一点。一个7端口的集线器必须能够为功能块提供大于3.5A(500mA/每端口)的电流。

　　USB外设

　　今天的USB外设包括鼠标，存储器棒，外驱，便携式音频播放器和数码相机。根据规范，一个外设是一个能够执行某项特定功能的逻辑或物理实体。最低级别的外设指的是一个单独的硬件部件(即闪存)。而高级别的外设指的是一系列执行特定功能的硬件部件(即：键盘，生物指纹识别阅读器和显示设备)。

　　外设支持四种类型的数据发送。控制发送器为主机提供有关所连接的设备的类型和功能。其余的三个(中断，整块(bulk)，或同步)也都包含控制发送，不过只是专用于数据发送控制应用。中断发送在外设需要主机对其进行周期性的轮询以检查是否有数据需要发送时使用。当数据的完整性的重要性高于数据的延迟时，整块发送在主机系统和外设(打印机，存储设备等)之间传递数据。这包括错误校验，以及发现错误后的重发。当数据流的实时性高于其精度(即网络摄影，讲话和麦克风)的情况下，同步发送实时转移数据。

　　规范中规定了两种供电类型：总线供电和自供电。基于总线供电又被分为低功率和高功率两种。这两种都从上游连接点获取电源。对于低功率，基于总线供电的设备恒定地吸纳100mA电流，而对于高功率设备，在配置之前可以吸纳100mA电流，而在工作期间可以吸纳最高达500mA的电流。对于自供电设备，当从上游连接点提取电流时，具体的限制与自供电的集线器一样。它们可以吸纳100mA的电流使USB接口能够工作，而其余的功能将会断电。所有其他的功率将由外部电源提供。此外，所有外设必须支持低功耗挂起状态，此时所吸纳的电流小于500uA，该功率足以使计算机能够唤醒挂起的设备。

　　电池供电设备(主要是便携式多媒体播放器)USB的普及为USB电源管理带来了一个新挑战。特别是在设备利用USB接口进行充电时尤其如此。电池供电的设备也必须遵从与标准外设相同的规则。究竟它们能够从上游连接点吸纳多少电流用于充电，包括挂起状态中的需求，取决于它们自己的报告。这对于没电的设备来说是一个极大的挑战。通常，它们需要大电流来启动初始充电。

　　USB 2.0规范

　　虽然USB 1.1，USB 2.0，USB-OTG，WUSB和OTG都经常采用，但这仍然为工程师以及终端用户们带来困惑。于1996年颁布的初始的USB1.0规范，所定义的低速率(LS)为1.5Mbps，而全速(FS)则为

　　12Mbps。1998年修订的USB1.1主要是补充说明和更新。后来又在2000年增加了高速USB，即USB2.0(480Mbps)。USB2.0全面超越了USB1.1，但全面向后兼容。2003年发布的USB OTG补充特别定义了便携式和电池供电设备的连接。而2005年，又颁布了无线USB规范。

　　为了确保大量的终端用户的USB体验，USB论坛(USB-IF)维持一个资质授予许可程序。为了获得资质徽标的使用权，设备厂商必须通过USB-IF的认证，包括规范兼容性和互通性测试。对于标准的USB设备有两个徽标：图2a给出的是支持低速和全速的设备标志；而图2b则是用于支持最高数据率的高速设备标志。

　　图2：通过资质认证许可的USB标志。

　　USB OTG是USB2.0的补充。该规范定义了一种新设备，这种设备扩展了外设产品的功能，包括一些主机功能。便携式设备定位于允许终端用户在没有可用的计算机时能够共享数据(即，可以在支持照相功能的手机之间传送照片，从照相机中直接打印照片等)。

　　和标准的USB一样，OTG也是一种点对点设备，也是以主机为中心，而并非对等网络连接。当连接到一个标准USB主机(PC)时，OTG产品必须作为一个标准的外设。OTG补充标准主要是解决当设备作为主机并同时提供功率时如何执行任务的问题。电源电流被限制到8mA。由于OTG设备无法通过加载驱动程序的简单方法来识别未知设备，故需要设备提供商提供一个目标外设列表来说明所支持的设备。同理还需要一个信息显示，用来通知终端用户，指明插入了一个无法工作的非支持设备。最后，两个新协议被定义：即主协议(HNP)(主机和设备间的动态交换协议)和进程请求协议(SRP)(由“主机”决定的总线电源的通/断)。

　　OTG设备的资质认证也由USB-IF负责。图2c为支持低速和全速的OTG设备认证标志；而图2d为支持高速OTG连接的设备标志。

　　WUSB是USB规范的最新扩展。它定义了一个易用的无线接口，具有有线USB技术的高速率和安全性。合格的WUSB支持鲁棒的高速无线连接，利用的是WiMedia MB-OFDM超宽带无线平台。采用专属的低带宽连接并支持键盘、鼠标等设备的WUSB设备已经面市了一段时间了。不过这些连接与USB-IF开发和促进的WUSB规范是不一样的。USB-IF对各种WUSB产品(图2e)进行认证，确保终端用户能够识别这些认证的产品，并确保认证产品彼此间具有互操作性和兼容性。

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