USB发展历程

USB 简介

USB最初是由英特尔与微软倡导发起,最大的特点是尽可能得实现热插拔和即插即用。当设备插入时,主机枚举到此设备并加载所需的驱动程序,因此其在使用上远比PCI和ISA等总线方便。

USB在速度上远比并行端口(例如EPP、LPT)与串行接口(例如RS-232)等传统电脑用标准总线快上许多。USB 1.1(USB 2.0 FullSpeed)的最大传输速率为12Mbps,USB 2.0(USB 2.0 HiSpeed)为480Mbps,USB 3.0(USB 3.2 Gen1x1) 为 5Gbps,USB 3.1(USB 3.2 Gen2x1) 为 10Gbps,而USB 3.2(USB 3.2 Gen2x2)更达20Gbps。

USB的设计为非对称式的,它由一个主机控制器和若干通过集线器设备以树形连接的设备组成。一个控制器下最多可以有5级Hub,包括Hub在内,最多可以连接128个设备,因为在设计时是使用7比特定址字段,二的七次方就等于128,一般人说USB连接127个是指连接(某一设备)时需扣除一个连接主机的USB接头,而一台计算机可以同时有多个控制器。和SPI-SCSI等标准不同,USB集线器不需要终结器。


USB 版本

USB 版本 Speed type
USB1.0 1.5Mbps Low speed
USB1.1 12Mbps full speed
USB2.0 480Mbps High speed
USB3.0 5Gbps Supper speed
USB3.1 10Gbps Enhanced Supper speed
USB3.2 20Gbps Enhanced Supper speed

USB类型

Mini-USB (A)

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Mini-USB (B)
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Micro-USB
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Micro-USB(B)
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USB Type A
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USB Type B
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USB2.0(TypeB)
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USB3.0(TypeB)
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USB Type C
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USB传输协议

BOT 传输协议

BOT传输属于串行传输,以USB3.0为例,使用BOT传输速率是240MB/s, USB3.0 理论速度是500MB/s。
BOT 全称是 Bulk-Only Transport,诞生于 1999 年,专为 USB 1.1 所设计,至今最快的 USB 3.2 都可向下兼容这个基本的 BOT 传输协议。

BOT 传输协议属于「半双工传输模式」,即在传输数据作业开始时,外接 USB 3.0 设备与计算机主板(USB 3.0 扩展卡)之间,在同一时间单位内,每次只传输单一指令,所以速度较 UASP 慢。

传输形式如下:

host发送一笔CBW 下去等待Device 接收, 再发送Data 等待Device 接收,最后在等待Device会CSW上来。
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UASP 传输协议

UASP极大的改善了BOT的缺点,以USB3.0为例,使用UASP传输速率大于400MB/s, USB3.0 理论速度是500MB/s。

UASP (USB Attached SCSI Protocol),与USB 3.0一同诞生于2008年,USB应用者论坛(USB-IF)为改良BOT传输协议过慢的缺点,将SCSI架构改进并推出UASP,包括多命令平行处理能力、任务管理与控制等机制,也支持NCQ(原生指令排序),速度比BOT传输模式快上许多,属于“全双工传输模式”。引导UASP虽然能提升传输性能,但也有许多限制,电脑用户必须具备支持UASP的外接USB 3.0设备内部的设备端控制器、主板上的主机端控制器、驱动程序,三者缺一不可(有的还额外需要安装软体)。

如图所示,UASP 引入queue的概念, 采用了4个EndPoint使得command、 data和status独立开来(BOT使用两个Endpoint)。这种结构不再需要等待上一笔数据传输了,可以一次性发下N笔Command,在此过程中如果有Data的话就开始传输Data, Device还可以再接收Data的过程中开始发送Status给host, 双方通过TAG来保证CMD 、DATA、STATUS的一一对应。
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