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USB的前世、今生和未来 隋伟 自动化0801 08212013一、 USB的简介随着科学技术水平的不断提高，数字集成电路被广泛应用。通用串行总线USB(Universal Serial Bus)是计算机与外围设备互连的标准接口之一，是一种点对点的通信接口，可同时支持多个外围设备。USB20规范的通信速率非常高，其峰值可达480Mbits，使得它已经成为目前最流行的外设接口标准。FPGA芯片是今后电子产品发展的趋势，带有USB接口的FPGA系统将有很好的市场需求和发展前景。虽然USB2.0接口，已经在计算机业界泛滥成灾，但是就像传统的DVD播放机一样，科技在进步我们也需要更逼真更清晰的高清影像。同样在计算机中，我们也希望得到一种数据传输速率更快的接口。2008年11月26日，USB促进委员会正式向全世界宣布，下一代USB3.0接口规范已经制定完毕！USB3.0将支持高达5.0Gb/s的数据传输速度。它几乎是传统USB2.0接口的10倍。虽然目前的USB2.0接口已经被打上了“高速USB”的烙印，但是USB促进委员会还是拿出了全新的顶级USB3.0规范，经过一番激烈的讨论之后，他们最终将这个接口定义为“SuperSpeed USB”超高速USB接口。（这里让笔者担心的是，今后的USB4.0呢？又该怎么称呼呢？莫非要加上超超高速的字眼么？）超高速USB接口在未来的高科技产品中无处不在，今天的消费者可以使用丰富的媒体资源和大量的数字文件，他们需要更轻松更快速的在电脑与外接设备之间移动它们。而超高速USB接口显然可以满足普通家庭用户对大容量数据的传输任务。小熊在线虽然USB3.0所使用的线缆与传统的USB2.0有很大的差异，但是他们的接口都是相同规格的。因此USB3.0接口可以保证良好的向下兼容性。根据初步统计，截止到2006年，全球就有超过20亿台USB设备，因此必须保证向下兼容性无论是对于普通用户还是地球环境来说，都有着巨大的实质性意义。USB3.0促进委员会预计，SuperSpeed USB接口和控制器会在2009年下半年出炉，同时在2012年的CES消费电子大展上与大家见面。另外他们还预计，如闪存驱动器，外置硬盘，数码相机和摄像机，数字媒体播放器将会是最早应用USB3.0接口设备。USB3.0的互联层与功耗管理二、USB接口技术发展史话USB 最初是由英特尔与微软公司倡导发起，其最大的特点是支持热插拔（Hot plug）和即插即用（Plug&Play,PnP）。当设备插入时，主机枚举 (enumerate) 此设备并加载所需的驱动程序，因此使用远比 PCI 和 ISA 总线方便。小熊在线USB 速度比并行端口（Parallel Port，例如 EPP、LPT）与串行接口（Serial Port，例如 RS-232）等传统电脑用标准总线快上许多。原标准中 USB 1.1 的最大传输带宽为 12Mbps，USB 2.0 的最大传输带宽为 480Mbps。近期推出的USB 3.0更从480Mbps提升到4.8Gbps以上。USB 的设计为非对称式的，它由一个主机（host）控制器和若干通过 hub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 127 个设备，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 hub 不需要终结器。目前USB接口的发展史，经历了大致四个时期：预发布期：Pre-ReleasesUSB 0.7：1994年11月发布。 USB 0.8：1994年12月发布。 USB 0.9：1995年4月发布。USB 0.99：1995年8月发布。 USB 1.0 RC：1995年11月发布。USB 2.0时代USB 2.0：2000年4月发布。增加更高的数据传输速率 480 Mbit/s (now called Hi-Speed)。根据工程变更通知（Engineering Change Notices|ECN）进一步改进的USB规范。USB 2.0中最重要规范的ECN可以在USB.org查到：Mini-B Connector ECN：2000年10月发布。规范了Mini-B的插头及插座标准。注意不要与Micro-B插头及插座混淆。Errata as of December 2000：2000年12月发布。Pull-up/Pull-down Resistors ECN：2002年5月发布。Errata as of May 2002：2002年5月发布。Interface Associations ECN：2003年5月发布。Rounded Chamfer ECN：2003年10月发布。一项针对Mini-B接口坚固性的建议性、兼容性改进。Unicode ECN：2005年2月发布。这项ECN指定了字串可以使用UTF-16LE编码。USB 2.0曾指定可以使用Unicode，但没有指定编码。Inter-Chip USB Supplement：2006年3月发布。On-The-Go Supplement 1.3：2006年12月发布。USB直连（USB On-The-Go）允许两个USb设备不经独立USB主机端直接相互通讯。实际使用中，是其中一个USB设备作为其它设备的主机端。Battery Charging Specification 1.0：2007年3月发布。添加了对充电器（有USB接口的电源适配器）的支持，当供电端（作为充电器的USB主端口）和电池连接时，它允许瞬间通过100 mA的电流。如果一个USB设备连接到专用充电器或主端口时，最大瞬间电流可达1.5 A。（该文档并未包含在USB 2.0规范中。）Micro-USB Cables and Connectors Specification 1.01：2007年4月发布。Link Power Management Addendum ECN：2007年7月发布。在启用与待机间增加了新的电源模式。当设备处于这个模式时不向其发送指令以减少电源消耗。所以，在启用及睡眠模式间切换要比在启用及待机模式间切换来的快得多。High-Speed Inter-Chip USB Electrical Specification Revision 1.0：2007年9月发布。USB 3.0时代刚刚开始2007年9月18日，Pat Gelsinger在英特尔信息技术峰会上演示了USB 3.0，又称为SuperSpeed USB。USB 3.0标准由Intel和HP、NEC、NXP、微软以及德州仪器共同开发，USB 3.0的目标是提供当前十倍的带宽，利用新增的两对高速线路开启的“Superspeed”模式，可以达到约4.8 Gbit/s （600MB/s），并且可能使用光纤连接。USB 3.0的技术规范于2008年8月13日发行，其商业产品预计于2009年或2010发行。USB 3.0新增了5个触点，两条为数据输出，两条数据输入，采用发送列表区段来进行数据发包，新的触点将会并排在目前4个触点的后方。USB 3.0暂定的供电标准为900mA，将支持光纤传输。USB 3.0的设计兼容USB 2.0与USB 1.1版本，并且使用了更有效的协议来节约能源。USB3.0的研发经历了许久的时间，其草案也被翻来覆去修改了许多回。最终，USB3.0为了向下兼容USB2.0规范，同时又要极大的提高自身的带宽，就在一根线缆里，专门设置了两套数据传输机制。一套是便于普通的USB2.0接口，一套是专用的发送接收高速传输信道。三、USB3.0未来展望 据Intel高级副总裁兼数字企业事业部总经理Patrick Gelsinger表示，Intel在 I/O技术领域也同样处于领先地位，由Intel提倡的USB随插即用传送接口，采用USB 2.0 技术的产品出货量已经突破62亿件，单去年的出货量已达21亿件。其中，无线USB技术的应用占用了很大一部分比例，它帮助用户在使用个人电脑连接打印机、数码相机、音乐播放器和外置磁盘驱动器等设备时，从纷繁复杂的电缆连线中解放出来。无线USB标准的数据传输速率与目前的有线USB 2.0标准是一样的，均为每秒480M，两者的区别在于无线USB要求在个人电脑或外设中装备无线收发装置以代替电缆连线。而USB 3.0具有与旧版相兼容标准，支持通用I/O的接口，并能够进行更彻底的优化以降低能耗，同时改善计算机、消费者产品和移动产品领域的协议效率，支持快速同步移动能力，能够同时支持光学和数字组件规范，并具传统 USB 技术易用性和随插即用的特性，并且在很大程度上将无线传输的能力提高了至少10倍以上，比如一部27GB的HD-DVD可以在70秒内传输完成，这在USB2.0时代是不可想象的。 目前，USB论坛(USB Implementers Forum)已经认证了一大批符合无线USB 1.0规格的笔记本电脑和网络集线器，WiMedia Alliance则可望在不久之后认证第一批符合无线USB 1.0规格的产品。可以想象在不久的将来，当USB3.0技术成熟之后，我们的无线生活将会是一片多么美好的景象。 如此看来，USB3.0的面世，给我们带来的不仅仅是单方面产品传输速度的提升，对整个行业的提升和发展也起到了推波助澜的作用，我们可以想象短时间之后我们得到的产品将更加完美。 不过USB 3.0也面临挑战，Katagiri表示：”新标准可能不得不把目前USB 2.0的5公尺传输距离缩短到仅剩2公尺，此外主机控制器(host controller)将必须具备更多智能功能，因为必须管理数据传输的路由(routing)。而1394协会一直在研究采用Firewire规格在5/6类电缆和光纤上实现达100公尺的传输距离，此外也在研究以同轴电缆为基础的家用、车用Firewire规格。此外，有关前面提到的无线USB，无线USB小组也公布了其1.1规格的目标，就是将把吞吐量目标从480Mbps提升到在3公尺的传输距离上实现1Gbps的吞吐量。NEC的Katagiri说：“吞吐量目标是可延伸的，因为目前大多数公司仍然推出数据传输速率仅40Mbps的第一代无线USB组件，我们必须使该协议更有效率，如果我们要达到Gbps级的速率,我们将需要至少500Mbps的速率。”另外，无线USB 1.1规格将支持无线USB 1.0支持的34GHz频段以及6GHz以上频段，该规格锁定较低功耗的应用，并将采用NFC技术，让两个设备透过简单的接触彼此识别。 如此看来，USB3.0的发展并不会像想想中那么一帆风顺，身边还是会有很多“挑战”，当然还是前面那句话，我们希望看到的正是这种竞争的情况，竞争越是激烈，我们得到的越多越好。总结 有关USB3.0的消息我们已经了解的差不多了，在几大巨头的齐力支持下，USB3.0已经离我们很近了，这无疑是对现在这个高清、DX10这种需要大容量传输的年代注入了一针强心剂，无论是专业认识还是普通用户都能从中得到很大的实际利益，它超快的速度、强大的易用性、稳定的兼容性都是我们需要的。从USB1.0的时代跨越到USB2.0的时候，我们身边的USB设备就起了翻天覆地的变化，各式各样前期古怪的玩意儿出现在我们面前，而我们了解了USB3.0那种革命性的革新之后，完全可以相信在不久的将来，当USB3.0来到我们身边的时候，我们还能够得到更多、更意想不到的玩意儿。 /2/data/bear/wz307/index.htm/botan/63694./content/10/1108/12/4423137_67597663.shtmlwww.USBLOVE.com/view/1217431.htmhttp:/