USB入門(mén)系列之三 —— USB的電氣特性

標(biāo)準(zhǔn)的USB使用4根線：5V電源線(Vbus),差分?jǐn)?shù)據(jù)線負(fù)(D-)，差分?jǐn)?shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)的USB多了一根身份識(shí)別(ID)線。USB使用的是差分傳輸模式，有兩根數(shù)據(jù)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(guān)于具體的高低電平門(mén)限值，請(qǐng)參看USB協(xié)議。為了防止出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的0或者1(這樣不利于時(shí)鐘信號(hào)的提取)，在發(fā)送數(shù)據(jù)前要經(jīng)過(guò)位填充處理。然后再將數(shù)據(jù)串行化，發(fā)送到數(shù)據(jù)線上，由兩根數(shù)據(jù)線的差分值來(lái)表示0或者1。而在接收端，則剛好是相反的過(guò)程。接收端采樣數(shù)據(jù)線，將數(shù)據(jù)并行化，并同時(shí)去掉未填充，然后解析數(shù)據(jù)。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(nèi)部的硬件已經(jīng)幫我們做好了，因此通常我們并不用關(guān)心這些細(xì)節(jié)。在設(shè)備接收數(shù)據(jù)時(shí)，芯片的串行接口引擎(SIE)會(huì)接收屬于自己地址的數(shù)據(jù)，并根據(jù)相應(yīng)的端口號(hào)，放到相應(yīng)的緩沖區(qū)內(nèi)，并返回ACK給主機(jī)進(jìn)行確認(rèn)，然后產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，通知我們的程序，已經(jīng)收到數(shù)據(jù)包了。在我們還未處理完緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)之前，如果再收到對(duì)該端點(diǎn)的輸出請(qǐng)求，USB芯片將會(huì)使用NAK返回，告訴主機(jī)端點(diǎn)現(xiàn)在忙，主機(jī)檢測(cè)到NAK后，過(guò)段時(shí)間會(huì)重試輸出數(shù)據(jù)，直到超時(shí)為止；發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，用戶將數(shù)據(jù)寫(xiě)入U(xiǎn)SB芯片的緩沖區(qū)，并通知USB芯片緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)可用，然后USB芯片檢測(cè)到主機(jī)請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的端點(diǎn)輸入時(shí)，它就會(huì)將數(shù)據(jù)返回，數(shù)據(jù)發(fā)送完畢并收到主機(jī)的ACK確認(rèn)之后，產(chǎn)生中斷請(qǐng)求通知應(yīng)用程序數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送完畢。如果USB芯片已經(jīng)收到了輸入請(qǐng)求，但是用戶程序還未填充好緩沖區(qū)，它也會(huì)用NAK返回，告訴主機(jī)數(shù)據(jù)還未準(zhǔn)備好。主機(jī)收到NAK后，過(guò)段時(shí)間會(huì)重試，直到超時(shí)為止。

在USB協(xié)議中規(guī)定，設(shè)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(shù)請(qǐng)參看USB協(xié)議。