从零开始学USB（二、基础知识2）

你的名字 2023-07-15 09:04 61阅读 0赞

# 1.USB相关的硬件 #

USB设备，从物理上的逻辑结构来说，包含了主机Host端和设备Device端。

其中，主机Host端，有对应的硬件的USB的主机控制器Host Controller，而设备端，连接的是对应的USB设备。

## 1.1. USB控制器类型：OHCI，UHCI，EHCI，xHCI ##

由于历史原因，导致USB的主机控制器，出现了多种不同的类型，即OHCI和UHCI，EHCI，和xHCI。

不论是那种USB主机控制器，简称主控，都是符合对应的USB的规范的，都是实现了对应的USB规范中所规定的USB主控所要的那些事情的。只不过是不同的USB主控的类型，有着不同的特点。

下面对这些不同类型的USB主控制器，进行简要的解释。

### 1.1.1. OHCI和UHCI ###

OHCI，Open Host Controller Interface，创立者是Compaq，Microsoft和National Semiconductor。

UHCI，Universal Host Controller Interface，创立者是Intel。

两者之间的相同点是：

不论是OHCI还是UHCI都是对应于USB 1.1的标准的，都是完全符合USB协议标准的。

区别在于：

只是各自的实现方式有些略微不同而已。当然对应的具体的性能，也略有差别，具体的差异，和实际的应用有关系。

但是本身OHCI和UHCI的区别在于：

虽然都是实现了USB1.1协议规范，但是在功能划分上，OHCI更多地把要做的事情，用硬件来实现，因此，实现OHCI的USB控制器的软件驱动的开发工作，相对要容易些，软件要做的事情，相对较少。

对应地，OHCI更多地应用在扩展卡，尤其是嵌入式领域中，常见的很多开发板中的USB的控制器，很多都是OHCI的。

而UHCI把更多的功能，留给了软件，相对来说，软件做的事情，即负担要重些。但是实现对应的UHCI的硬件的USB控制器，价格上，就相对便宜些。

对应地，UHCI更多地应用在PC机中的主板上的USB控制器。

**1.1.1.1. 为何Intel设计的UHCI把更多的任务都留给软件实现？**

对于两者的区别和实际的应用，自己分析，不难发现，其是有着内在的逻辑关系的。

因此，作为UHCI的创立者Intel，创立了UHCI，把更多的USB需要做的事情，留给了软件，这样就可以实现出相对教便宜的USB的主控制器了，可以用于PC端的CPU所对应的主板上，便宜的USB主控，当然相对市场来说，更容易多卖出去一点，有利于市场推广。

PC主板卖出的多了， 自然对应的Intel的CPU，也会多卖点，Intel自然可以赚更多的钱了。

**1.1.1.2. 为何嵌入式系统中的USB主控多用OHCI，而非UHCI？**

而对应的Compaq，Microsoft和National Semiconductor所创立的OHCI，由于把更多的USB要做的事情，都用硬件实现了，这样对应的软件驱动所要做的事情，就少了，这样就有利于实现对应的OHCI的USB主控的驱动了，这点对于嵌入式系统来说，尤其重要，因为本身嵌入式系统就是资源有限，所以要尽量少的利用其他资源，比如CPU资源，去实现特点的功能，所以，倾向于采用对软件资源要求少的OHCI，而不是UHCI，否则用了UHCI的USB主控的话，需要实现对应的驱动，软件要做的事情太多，不利于在嵌入式系统这有限的资源环境下实现。

**1.1.1.3. OHCI和UHCI技术细节上的区别**

关于OHCI和UCHI在技术细节方面，更加详细的区别主要有这些：

1.  单帧内的stage的个数
    
    对于控制传输来说：
    
        <ul><li>OHCI：在单个帧内，可以调度多个stage；</li>
        	<li>UHCI：在单个帧内，只调度一个stage。</li>
        </ul></li>
        <li>单帧内的transaction的个数
        <p>对于最大数据包大小小于64字节的Bulk端点来说：</p>
        
        <ul><li>OHCI：单个帧内，可能会有多个transaction。</li>
        	<li>UHCI：单个帧内，不超过一个transaction；</li>
        </ul></li>
        <li>轮询的频率
        <ul><li>OHCI：即使端点描述符中，已经指定了最大延迟是255ms，但是OHCI主控还是会，至少每32ms就去轮询一次中断端点</li>
        	<li>UHCI：UHCI主控可以支持，但是不是必须要支持，更低频率地轮询</li>
        </ul></li>

### 1.1.2. EHCI ###

EHCI，Enhanced Host Controller Interface。

简单说就是，EHCI定义了USB 2.0的主机控制器的规范，定义了USB 2.0的主控，需要包括哪些硬件实现，需要实现哪些功能，其也对应着对应的系统软件，所面对的是哪些接口。

EHCI对USB主控的定义，详细到了寄存器的级别了，即定义了你USB主控，都要实现哪些对应的功能和对应的寄存器有哪些，分别是何种功能等。然后对应的软件驱动人员，去写USB主控的驱动的时候，也就清楚有哪些可以利用的系统资源，如何去使用这些资源，读取，设置对应的寄存器，实现对应的功能了。

对应的EHCI规范，可以去Intel的官网找到：

[EHCI Specification][]

### 1.1.3. xHCI ###

xHCI，Extensible Host Controller Interface

同EHCI是针对USB 2.0类似，xHCI是针对的USB 3.0规范。也是定义了USB 3.0主控需要如何实现，需要包含哪些功能，也是提供了寄存器级别的定义。

对应的xHCI规范，可以去Intel的官网找到：

[Extensible Host Controller Interface (xHCI) Specification for USB 3.0][Extensible Host Controller Interface _xHCI_ Specification for USB 3.0]

### 1.1.4. OHCI，UHCI，EHCI，xHCI的区别和联系 ###

针对上述的解释，对USB的不同类型的主机控制器，简要概括如下：

**下表，不同USB控制器类型OHCI，UHCI，EHCI，xHCI的区别和联系**

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>USB主机控制器类型</th> 
   <th>共同点</th> 
   <th colspan="4">区别</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>对应的USB的协议和支持的速率</th> 
   <th>创立者</th> 
   <th>功能划分</th> 
   <th>常用于</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>OHCI</td> 
   <td>都实现了对应的USB的规范中所要求的功能</td> 
   <td>USB 1.1=Low Speed和Full Speed</td> 
   <td>Compaq，Microsoft和National Semiconductor</td> 
   <td>硬件功能 &gt; 软件功能⇒硬件做的事情更多，所以实现对应的软件驱动的任务，就相对较简单</td> 
   <td>扩展卡，嵌入式开发板的USB主控</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>UHCI</td> 
   <td>Intel</td> 
   <td>软件功能 &gt; 硬件功能⇒软件的任务重，可以使用较便宜的硬件的USB控制器</td> 
   <td>PC端的主板上的USB主控</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>EHCI</td> 
   <td>USB 2.0=High Speed</td> 
   <td>Intel</td> 
   <td>定义了USB 2.0主控中所要实现何种功能，以及如何实现</td> 
   <td>各种USB 2.0主控</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>xHCI</td> 
   <td>USB 3.0=Super Speed</td> 
   <td>Intel</td> 
   <td>定义了USB 3.0主控中所要实现何种功能，以及如何实现</td> 
   <td>各种USB 3.0主控</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 1.2. USB接口的引脚定义 ##

USB接口的物理上的对应的引脚和对应含义等，可用下表概括：

**下表为 USB 1.x/2.0的引脚定义**

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>引脚</th> 
   <th>名称</th> 
   <th>电缆颜色</th> 
   <th>描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>1</td> 
   <td>VBUS</td> 
   <td>Red</td> 
   <td>+5 V，电源</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>2</td> 
   <td>D−</td> 
   <td>White</td> 
   <td>Data −，数据线</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>3</td> 
   <td>D+</td> 
   <td>Green</td> 
   <td>Data +，数据线</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>4</td> 
   <td>GND</td> 
   <td>Black</td> 
   <td>Ground，接地</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

![t0185880ebc24a54eb7.jpg][]

注：通常USB1.x/2.0里面的塑料是黑色或白色的。

**下表为USB 3.0的引脚定义**

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>Pin</th> 
   <th>Color</th> 
   <th>Signal name('A' connector)</th> 
   <th>Signal name('B' connector)</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>1</td> 
   <td>Red</td> 
   <td colspan="2">VBUS</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>2</td> 
   <td>White</td> 
   <td colspan="2">D−</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>3</td> 
   <td>Green</td> 
   <td colspan="2">D+</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>4</td> 
   <td>Black</td> 
   <td colspan="2">GND</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>5</td> 
   <td>Blue</td> 
   <td>StdA_SSRX−</td> 
   <td>StdA_SSTX−</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>6</td> 
   <td>Yellow</td> 
   <td>StdA_SSRX+</td> 
   <td>StdA_SSTX+</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>7</td> 
   <td>Shield</td> 
   <td colspan="2">GND_DRAIN</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>8</td> 
   <td>Purple</td> 
   <td>StdA_SSTX−</td> 
   <td>StdA_SSRX−</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>9</td> 
   <td>Orange</td> 
   <td>StdA_SSTX+</td> 
   <td>StdA_SSRX+</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Shell</td> 
   <td>Shell</td> 
   <td colspan="2">Connector metal shell</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

![t0150970b4c27ab5e79.jpg][]

注：USB3.0是向前兼容的，所以多出来的5根线是在里面母口的里面，通常塑料硬件是蓝色的。

1.3. USB的接口（connector）类型

由于USB的产生就是为了支持众多种应用的，而由于各种应用中，对于硬件接口的大小也有一些限制，比如有些小型设备或者移动式设备中，接口不能太大等，所以而设计出多种类型的接口，用于不同的应用。

在介绍插头和插座之前，先多解释一下，基本的叫法。

插头，plug，对应的也叫公口，即插别人的；

插座，receptacle，对应也叫做母口，即被插的；

对上述解释，想多了的，面壁去；没想多的，继续看技术介绍。

下面就来简单的介绍一下不同的USB接口类型，即各种不同的插头插座：

USB的接口类型，根据接口形状不同，主要可以分为三大类：

普通的硬件直接叫做Type  
然后有小型版本的叫Mini迷你的  
和更加小的，叫做Micro微小的  
其中每一种大类中，又都可以分为两类

A类（Type A）  
B类（Type B）  
C类（Type C）  
下面就用表格的形式，详细对比USB的各种接口，包括对应的插头和插座：

下表USB接口分类  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTM4MzY5MDk_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。  
原文链接：[https://blog.csdn.net/qq\_16777851/article/details/84898461][https_blog.csdn.net_qq_16777851_article_details_84898461]

[EHCI Specification]: http://www.intel.com/technology/usb/ehcispec.htm
[Extensible Host Controller Interface _xHCI_ Specification for USB 3.0]: http://www.intel.com/technology/usb/xhcispec.htm
[t0185880ebc24a54eb7.jpg]: /images/20230528/941b9069d27f408192d3ac4eda69fd53.png
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[https_blog.csdn.net_qq_16777851_article_details_84898461]: https://blog.csdn.net/qq_16777851/article/details/84898461