现在usb接口非常广泛，对于开发人员非常有必要了解一下USB接口的物理模型，本文从USB接口类型、USB电缆以及USB总线拓扑结构这几方面，试图以最简短易懂的内容来阐述。

1、USB接口形式

　　USB接口有A型、B型、Mini USB这几种，一般A型是扁平的，电脑主机上的USB接口一般都是A型，USB打印机上的一般是B型接口，Mini usb（又分mini usb-a、mini usb-b和mini usb-ab，mini usb-a和mini usb-ab在USB OTG是的标准)是为了减小接口尺寸而设计的，一般在移动设备如手机、数码相机上有，虽然mini usb-a和mini usb-ab在USB OTG是的标准，但手机使用了这两种接口并不一定代表手机插上电脑后被枚举成USB STG设备，有些手机还使用了非标USB接口用来同时传输音频信号等。 

 

 

 

 

 

Mini usb-a 插头

 

 

　　除了上面几种标准USB接口外，各大手机厂家为了统一手机上USB接口不统一状况，提出了micro usb接口标准，并提交USB协会采纳。 

 

 

 2、USB电缆

　　usb电缆有中有两根信号线(D+和D-）和两根电源线（+5V和地），USB OGT标准中对mini usb接头定义多出一个ID线，用来检测插入的USB是master还是device。

　　信号线中的D+和D-是一种差分信号线，两根信之间的电压差作为判断传输信号的逻辑高或逻辑低，电源线+5V在USB协议里定义为Vbus。协议规定USB集线器可向设备提供最大500mA电流。

　　USB 2.0协议第6章中对 USB-A 和 USB-B 插头及相应电缆线有非常详细的阐述。USB OTG协议中对Mini USB插头及相应电缆线有非常详细的阐述（P14）。

3、USB物理拓扑结构

　　一个USB系统包含三类硬件设备： USB主机（USB HOST）、 USB设备（USB DEVICE）、USB集线器（USB HUB）。

　　USB系统中的这三者之间的关系如下：

 

（1）USB HOST

　　在一个USB系统中，当且仅当有一个USB HOST时，USB HOST有以下功能：

　　◇ 管理USB系统；◇ 每毫秒产生一帧数据；◇ 发送配置请求对USB设备进行配置操作；◇ 对总线上的错误进行管理和恢复。

　　（2）USB DEVICE

　　在一个USB系统中，USB DEVICE和USB HUB总数不能超过127个。USB DEVICE接收USB总线上的所有数据包，通过数据包的地址域来判断是不是发给自己的数据包：若地址不符，则简单地丢弃该数据包；若地址相符，则通过响应USB HOST的数据包与USB HOST进行数据传输。

　　（3）USB HUB

　　USB HUB用于设备扩展连接，所有USB DEVICE都连接在USB HUB的端口上。一个USB HOST总与一个根HUB （USB ROOT HUB）相连。USB HUB可以通过端口的电气变化诊断出设备的插拔操作（详细原理见USB开发网另一篇文章），并通过响应USB HOST的数据包把端口状态汇报给USB HOST.一般来说，USB设备与USB HUB间的连线长度不超过5m，USB系统的级联不能超过5级（包括ROOT HUB）。

　　从物理结构上，USB系统是一个星形结构；但在逻辑结构上，每个USB逻辑设备都是直接与USB HOST相连进行数据传输的。在USB总线上，每ms传输1帧数据。每帧数据可由多个数据包的传输过程组成。USB设备可根据数据包中的地址信息来判断是否响应该数据传输。在USB标准1.1版本中，规定了4种传输方式以适应不同的传输需求：

　　（1）控制传输（control transfer）

　　控制传输发送设备请求信息，主要用于读取设备配置信息及设备状态、设置设备地址，设置设备属性、发送控制命令等功能。全速设备每次控制传输的最大有效负荷可为64个字节，而低速设备每次控制传输的最大有效负荷仅为8个字节。

　　（2）同步传输（isochronous transfer）

　　同步传输仅适用于全速/高速设备。同步传输每ms进行一次传输，有较大的带宽，常用于语音设备。同步传输每次传输的最大有效负荷可为1023个字节。

　　（3）中断传输（interrupt transfer）

　　中断传输用于支持数据量少的周期性传输需求。全速设备的中断传输周期可为1~255ms，而低速设备的中断传输周期为10~255ms.全速设备每次中断传输的最大有效负荷可为64个字节，而低速设备每次中断传输的最大有效负荷仅为8个字节。

　　（4）块数据传输（bulk transfer）

　　块数据传输是非周期性的数据传输，仅全速/高速设备支持块数据传输，同时，当且仅当总线带宽有效时才进行块数据传输。块数据传输每次数据传输的最大有效负荷可为64个字节。

　　在USB系统中所有的传输都是有主机发起的（注意一个完整的USB系统应包括主机系统和USB设备），这是由USB这种特定的拓扑结构决定的, 一个 USB 设备在没有首先被主控制器询问时从不启动发送数据. 这个配置允许一个非常容易即插即用的系统, 这样各种设备可自动被主机配置。

　　USB串口总线将USB设备与USB和USB主机连接在一起。USB总线分为3层----接口层、设备层和功能层。

　　接口层：在主机与设备之间提供了物理/信号/包连线；

　　USB设备层：是USB系统软件对设备执行普通USB操作的层；

　　功能层：可以通过正确匹配的客户软件层向主机提供额外的性能；

4、USB的识别、通信过程

　　USB设备从插入主机到建立通讯要经历两个阶段：1、USB设备的插入动作识别，有关这方面内容可参考百合电子工作室USB专题站另一篇文章《搭个简单电路验证USB主机是如何检测USB设备的插入和拨出动作的》。2、USB设备的枚举，通过枚举过程，USB主机可以判断USB设备属于哪种类别（如USB鼠标、USB键盘、USB游戏杆、优盘等）并为之安装合适的驱动程序，有关USB设备的枚举过程请参考本站文章《用USB Monitor监视USB枚举（配置、识别）过程（USB枚举过程分析）》。正确识别USB设备后则可正常使用了。