USB入門系列之三 —— USB的電氣特性

標準的USB使用4根線：5V電源線(Vbus),差分數據線負(D-)，差分數據線正(D+)，地(Gnd)。在USB OTG中，又增加了一種mini接口，使用的是5根線，比標準的USB多了一根身份識別(ID)線。USB使用的是差分傳輸模式，有兩根數據線，分別是D+和D-。在USB的低速和全速模式中，采用的是電壓傳輸模式。而在高速模式下，則是電流傳輸模式。關于具體的高低電平門限值，請參看USB協(xié)議。為了防止出現(xiàn)長時間的0或者1(這樣不利于時鐘信號的提取)，在發(fā)送數據前要經過位填充處理。然后再將數據串行化，發(fā)送到數據線上，由兩根數據線的差分值來表示0或者1。而在接收端，則剛好是相反的過程。接收端采樣數據線，將數據并行化，并同時去掉未填充，然后解析數據。通常，我們使用現(xiàn)成的USB芯片，像位填充，串行化這些芯片內部的硬件已經幫我們做好了，因此通常我們并不用關心這些細節(jié)。在設備接收數據時，芯片的串行接口引擎(SIE)會接收屬于自己地址的數據，并根據相應的端口號，放到相應的緩沖區(qū)內，并返回ACK給主機進行確認，然后產生中斷請求，通知我們的程序，已經收到數據包了。在我們還未處理完緩沖區(qū)的數據之前，如果再收到對該端點的輸出請求，USB芯片將會使用NAK返回，告訴主機端點現(xiàn)在忙，主機檢測到NAK后，過段時間會重試輸出數據，直到超時為止；發(fā)送數據時，用戶將數據寫入USB芯片的緩沖區(qū)，并通知USB芯片緩沖區(qū)內數據可用，然后USB芯片檢測到主機請求對應的端點輸入時，它就會將數據返回，數據發(fā)送完畢并收到主機的ACK確認之后，產生中斷請求通知應用程序數據已經發(fā)送完畢。如果USB芯片已經收到了輸入請求，但是用戶程序還未填充好緩沖區(qū)，它也會用NAK返回，告訴主機數據還未準備好。主機收到NAK后，過段時間會重試，直到超時為止。

在USB協(xié)議中規(guī)定，設備在未配置之前，可以從Vbus上最多獲取100mA的電流；在配置之后，最多可從Vbus上獲取500mA的電流。Vbus是5V的電壓，具體的參數請參看USB協(xié)議。