通用序列匯流排

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各地中文名稱
大陸 通用串行总线
台灣 通用序列匯流排
通用串行總線
Universal Serial Bus

Certified USB.svg
USB認證標誌

型別 匯流排
產品歷史
設計者 Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC and Nortel
設計年代 1994
製造商 Intel, Compaq, Microsoft, NEC, Digital Equipment Corporation, IBM, Nortel
規格
長度 5 公尺(最大)
11.5 毫公尺 (A型連接器), 8.45 毫公尺 (B型連接器),
4.5 毫公尺 (A型連接器), 7.78 毫公尺 (B型連接器, pre-v3.0)
熱插拔 支援
外接 支援
電氣特性 5伏特 直流電
最大電壓 5 V(±5%)
最大電流 500–900 mA @ 5 V (根據不同版本)
資料訊號 Packet data, defined by specifications
位元寬度 1 bit
資料頻寬 1.5/12/480/4,000 Mbit/s (根據不同版本)
最大裝置數量 127
協定 串列
纜線 4條纜線,而USB 3.0擁有8條纜線
腳位元數量 4個(1 supply, 2 data, 1 ground); USB 3.0擁有9個(另外4個提供給SuperSpeed技術)
連接器 唯一
腳位元配置
USB.svg
標準USB A型連接器(左)及B型連接器(右)
引腳1 VCC (+5 V)
引腳2 Data-
引腳3 Data+
引腳4 接地

通用序列匯流排英語Universal Serial Bus縮寫USB)是連線電腦系統與外部裝置的一種串列埠匯流排標準,也是一種輸入輸出介面的技術規範,被廣泛地應用於個人電腦行動裝置訊息通訊產品,並擴充功能至攝影裝置數位電視機上盒)、遊戲機等其它相關領域。

多媒體電腦剛問世時,外接式裝置的傳輸介面各不相同,如印表機只能接LPT port、數據機只能接RS232、滑鼠鍵盤只能接PS/2等。繁雜的介面系統,加上必須安裝驅動程式並重新開機才能使用的限制,都不免造成使用者的困擾。因此,創造出一個統一且支援熱插拔的外接式傳輸介面,便成為無可避免的趨勢。

最新一代是USB 3.1,傳輸速度為10Gbit/s,三段式電壓5V/12V/20V,最大供電100W ,新型Type C插型不再分正反。[1]

概述[編輯]

A型USB 2插座
兩個B型USB連結器,mini和全尺寸的,側檢視和正檢視,旁邊是5美分做對照
USB集線器

USB最初是由英特爾微軟倡導發起,其最大的特點是支援熱插拔隨插即用。當裝置插入時,主機列舉到此裝置並載入所需的驅動程式,因此在使用上遠比PCIISA匯流排方便。

USB在速度上遠比並列埠(例如EPP、LPT)與串列埠(例如RS-232)等傳統電腦用標準匯流排快上許多。USB 1.1的最大傳輸頻寬為12Mbps,USB 2.0的最大傳輸頻寬為480Mbps。USB 3.0為5Gbps。

USB的設計為非對稱式的,它由一個主機控制器和若干透過集線器裝置以樹形連線的裝置組成。一個控制器下最多可以有5級Hub,包括Hub在內,最多可以連接128個設備,因為在設計時是使用7位元定址欄位,二的七次方就等於128,一般人說USB連接127個是指連接(某一設備)時需扣除一個連接主機的USB接頭,而一台電腦可以同時有多個控制器。和SPI-SCSI等標準不同,USB集線器不需要終端子。

USB可以連線的外設滑鼠鍵盤遊戲手柄遊戲桿掃描器數位相機印表機硬碟網路部件。對數位相機這樣的多媒體外設USB已經是預設介面;由於大大簡化了與電腦的連線,USB也逐步取代並列埠成為印表機的主流連線方式。2004年已經有超過1億台USB裝置;到2007年時,高清晰度數位視訊外設是僅有的USB未能染指的外設類別,因為他需要更高的傳輸速率。

現USB標準中,分為:

USB版本 速率稱號 頻寬 速度
USB 3.1 超高速+
SuperSpeed+
10Gbps 約1,000MB/s
(10,000Mbit/s)
USB 3.0 超高速
SuperSpeed
5Gbps 約500MB/s
(5,000Mbit/s)
USB 2.0 高速
Hi-Speed
480Mbps 約60MB/s
(60,000KB/s)
USB 1.1 全速
Full Speed
12Mbps 約1.5MB/s
(1,500KB/s)
USB 1.0 低速
Low Speed
1.5Mbps 187.5KB/s
(192000B/s)

標準[編輯]

USB開發者論壇負責USB標準制訂,其成員包括:蘋果電腦惠普NEC微軟英特爾

2001年底,USB-IF公布了USB 2.0規範,與之前的USB 0.9USB 1.0USB 1.1一樣,該規範完全回溯相容。隨後,USB-IF公布了USB On-The-GoUSB OTG,目前版本:1.0a)作為USB 2.0規範的補充標準,使其能夠用於在便攜裝置之間直接交換資料。

USB的連結器分為A、B兩種,分別用於主機和裝置;其各自的小型化的連結器是Mini-AMini-B,另外還有Mini-AB(可同時支援Mini-AMini-B)的插口。

技術細節[編輯]

技術指標[編輯]

從左至右:
  • proprietary (not USB)
  • Mini-B plug
  • B-type plug
  • A-type receptacle
  • A-type plug

目前USB支援4種資料訊號速率,USB裝置應該在其外殼或者有時是自身上正確標明其使用的速率。USB-IF進行裝置認證並為透過相容測試並支付許可費用的裝置提供基本速率(低速和全速)和高速的特殊商標許可。

  • 1.5 Mbps 的低速速率。主要用於人機介面裝置,例如鍵盤、滑鼠、遊戲桿等等。
  • 12 Mbps 的全速速率。 在USB 2.0之前是曾經是最高速率,後起的更高速率的高速介面應該相容全速速率。多個全速裝置間可以按照先到先得法則劃分頻寬;使用多個等時裝置時會超過頻寬上限也並不罕見。所有的USB連接埠支援全速速率。
  • 480 Mbps 的高速速率。並非所有的USB 2.0裝置都是高速的。高速裝置插入全速連接埠時應該與全速相容。而高速連接埠具有所謂事務翻譯器Transaction Translator)功能,能夠隔離全速、低速裝置與高速之間資料流,但是不會影響供電和串聯深度。
  • 5Gbps 的超高速速率。相較於現有USB 2.0的480Mbps最高理論速度,USB 3.0可支援到5.0Gbps,是USB 2.0的10倍。若將USB 3.0應用到外接硬碟、隨身碟或藍光燒錄機等儲存裝置,將可大幅縮短資料傳輸時間。

機械和電子標準[編輯]

標準USB介面[編輯]

USB插頭
標準USB線的內部結構,可以看到裡面有紅、白、綠、黑四根小的導線

USB訊號使用分別標記為D+ 和D- 的雙絞線傳輸,它們各自使用半雙工差動訊號並協同工作,以抵消長導線的電磁干擾。

標準USB連結器接點
接點 功能(主機) 功能(裝置)
1 VBUS (4.75-5.25 V) VBUS (4.4-5.25 V)
2 D- D-
3 D+ D+
4 接地 接地

Mini USB介面[編輯]

Mini USB 介面。左為A型;右為B型

Mini USB除了第4針外,其他介面功能皆與標準USB相同。第4針成為ID,地線在mini-A上連線到第5針,在mini-B可以懸空亦可連線到第5針。

Mini USB連結器接點
接點 功能 顏色
1 VBUS (4.4–5.25 V)
2 D−
3 D+
4 ID
5 接地

Micro USB介面[編輯]

Micro-USB插頭
Micro A USB 介面
Micro B USB 介面

2007年1月4日,USB開發者論壇頒布了Micro-USB的插頭標準[2]。該標準將在許多新型智慧型手機PDA上替代Mini-USBMicro-USB插頭的插拔壽命為10,000次,比Mini-USB插頭高度減半,寬度相差無幾。OMTP組織最近宣布,Micro-USB將成為行動裝置資料和電源的標準介面[3]

2009年2月17日,全球行動通訊聯盟協會宣佈在2012年前將使用Micro-USB作為全球統一的標準充電器規格。首批簽署協議的廠商包括:諾基亞樂金摩托羅拉三星索尼移動美國電話電報公司Orange法國電信)、TelefónicaT-Mobile沃達豐

編碼方式[編輯]

USB使用NRZI編碼方式:當資料為0時,電位翻轉;資料為1時,電位不翻轉。為了防止出現過長時間電位不變化現象,在傳送資料時採用位元填充處理。具體過程如下:當遇見連續6個高電位時,就強制插入一個0。經過位元填充後的資料由串列埠引擎(SIE)將資料序列化和NRZI編碼後,傳送到USB的差動資料線上。接收端完成的過程和傳送端剛好相反。

軟體架構[編輯]

焊接在印刷電路板上的USB插座

一個USB主機透過hub鏈可以連線多個裝置。由於理論上一個物理裝置可以承擔多種功能,例如路由器同時也可以是一個SD卡讀卡器,USB的術語中裝置(device)指的是功能(functions)。集線器(hub)由於作用特殊,按照正式的觀點並不認為是function。直接連線到主機的hub是根(root)hub。

端點[編輯]

裝置/功能(和集線器)與管道pipe(邏輯通道)聯繫在一起,管道把主機控制器和被稱為端點endpoint的邏輯實體連線起來。管道和位元流(例如UNIXpipeline)有著相同的含義,而在USB詞彙中術語端點經常和管道混用,甚至在正式文件中。

端點(和各自的管道)在每個方向上按照0-15編號,因此一個裝置/功能最多有32個活動管道,16個進,16個出。(出(OUT)指離開控制器,而入(IN)指進入主機控制器。)兩個方向的端點0總是留給匯流排管理,佔用了32個端點中的2個。在管道中,資料使用不同長度的包傳遞,端點可以傳遞的包長度上限一般是2^n位元組,所以USB包經常包含的資料量依次有8、16、32、64、128、256、512或者1024位元組。

一個端點只能單向(進/出)傳輸資料,自然管道也是單向的。每個USB裝置至少有兩個端點/管道:它們分別是進出方向的,編號為0,用於控制匯流排上的裝置。按照各自的傳輸型別,管道被分為4類:

  • 控制傳輸(Control)——一般用於短的、簡單的對裝置的命令和狀態反饋,例如用於匯流排控制的0號管道。
  • 同步傳輸(Isochronous)——按照有保障的速度(可能但不必然是儘快地)傳輸,可能有資料遺失,例如即時的音訊、視訊。
  • 中斷傳輸(Interrupt)——用於必須保證儘快反應的裝置(有限延遲),例如滑鼠、鍵盤。
  • 批次傳輸(Bulk)——使用餘下的頻寬大量地(但是沒有對於延遲、連續性、頻寬和速度的保證)傳輸資料,例如普通的檔案傳輸。

一旦裝置(功能)透過匯流排的hub附加到主機控制器,主機控制器就給它分配一個主機上唯一的7位元位址。主機控制器透過投票分配流量,一般是透過輪詢模式,因此沒有明確向主機控制器請求之前,裝置不能傳輸資料。

為了存取端點,必須獲得一個分層的配置。連線到主機的裝置有且僅有一個裝置描述符(device descriptor),而裝置描述符有若干配置描述符(configuration descriptors)。這些配置一般與狀態相對應,例如活躍和節能模式。每個配置描述符有若干介面描述符(interface setting),用於描述裝置的一定方面,所以可以被用於不同的用途:如一個相機可能擁有視訊和音訊兩個介面。介面描述符有一個預設介面設定(default interface setting)和可能多個替代介面設定(alternate interface settings),它們都擁有如上所述的端點描述符。一個端點能夠在多個介面和替代介面設定之間復用。

HCD (Host Controller Driver)[編輯]

包含主機控制器和HUB的硬體為程式設計師提供了由硬體實作定義的介面主機控制器裝置 (HCD)。而實際上它在電腦上就是記憶體對映

1.0和1.1的標準有兩個競爭的HCD實作。康柏的 開放主機控制器介面 (OHCI)和Intel的通用主機控制器介面 (UHCI)。VIA威盛採納了UHCI;其他主要的晶片組多使用OHCI。它們的主要區別是UHCI更加依賴軟體驅動,因此對CPU要求更高,但是自身的硬體會更廉價。它們的並存導致作業系統開發和硬體廠商都必須在兩個方案上開發和測試,從而導致費用上升。因此USB-IF在USB 2.0的設計階段堅持只能有一個實作規範,這就是擴充功能主機控制器介面 (EHCI)。因為EHCI只支援高速傳輸,所以EHCI控制器包括四個虛擬的全速或者慢速控制器。這裡同樣是Intel和Via使用虛擬UHCI,其他一般使用OHCI控制器。

某些版本的Windows上,開啟裝置管理器,如果裝置說明中是否有「增強」("Enhanced"),就能夠確認它是2.0版的。而在Linux系統中,命令lspci能夠列出所有的PCI裝置,而USB會分別命名為OHCI、UHCI或者EHCI。

列出為32位元位址的為EHCI,16位元的為OHCI

命令lsusb能夠顯示所有USB裝置的訊息。命令dmesg能夠顯示OS啟動時關於USB裝置的訊息。

USB封包格式[編輯]

USB的封包格式和早期的網際網路封包格式非常相似,要了解USB連接原理就一定要先了解封包格式。

USB封包格式
偏移量 型別 大小
0 HeaderChksum 1 利用添加包頭進行效驗,不包括包頭本身的校驗。
1 HeaderSize 1 包頭的大小,包括可用的字串。
2 Signature 2 資料值為0x1234
4 VendorID 2 USB提供商的ID
6 ProductID 2 USB產品ID
8 ProductVersion 1 產品版本號
9 FirmwareVersion 1 韌體版本號
10 USB屬性 1 USB Attribute:

Bit 0:如果設為1,包頭包括以下三個字串:語言、製造商、產品字串;如果設為0,包頭不包括任何字串。
Bit 2:如果設為1,裝置內建電源;如果設為0,無內建電源。
Bit 3:如果設為1,裝置可以透過匯流排供電;如果設為0,無法透過匯流排供電。
Bits 1 and 4—7:保留。

11 最大電力 1 裝置需要的最大電力,以2mA(毫安培)為單位元。
12 裝置屬性 1 Device Attributes:

Bit 0:如果設為1,CPU執行在24 MHz;如果設為0,CPU執行在12 MHz。
Bit 3:如果設為1,裝置的EEPROM可以支援400 MHz;如果設為0,不支援400 MHz。
Bits 1, 2 and 4 ... 7:保留。

13 WPageSize 1 I2C的最大寫入頁面大小
14 資料型別 1 該數值定義裝置是軟體EEPROM還是硬體EEPROM。

0x02:硬體EEPROM
其它數值無效。

15 RpageSize 1 I2C最大讀取頁面大小。如果值為0,整個負載大小由一個I2C讀取裝置讀取。
16 PayLoadSize 2 如果將EEPROM作為軟體EEPROM使用,表示軟體的大小;除此之外該值都是0。
0xxx Language string 4 語言字串。以標準USB字串格式表示。(非必要欄位)
0xxx Manufacture string ... 製造商字串。以標準USB字串格式表示。(非必要欄位)
0xxx Product string ... 產品字串,以標準USB字串格式表示。(非必要欄位)
0xxx Application Code ... 表示應用代碼。以標準USB字串格式表示。(非必要欄位)

裝置分類[編輯]

依附在匯流排上的裝置可以是需要特定的驅動程式的完全客製的裝置,也可能屬於某個裝置類別。這些類別定義了某種裝置的行為和介面描述符,這樣一個驅動程式可能用於所有此種類別的裝置。一般作業系統都為支援這些裝置類別,為其提供通用驅動程式。

裝置分類由USB設計論壇裝置工作群組決定,並分配ID。

如果一個裝置型別屬於整個裝置,該裝置的描述符的bDeviceClass域保存類別ID;如果它這是裝置的一個介面,其ID保存在介面描述符的bInterfaceClass域。他們都佔用一個位元組,所以最多有253種裝置類別。(0x00和0xFF保留)。當bDeviceClass設為0x00,作業系統會檢查每個介面的bInterfaceClass以確定其類別。

每種類別可選支援子類別別(SubClass)和協定子定義(Protocol subdefinition)。這樣可以用於主裝置型別的不斷修訂。

常用裝置類別和ID有:


ID 裝置 例子
0x00 [4] 保留值
0x01 [4] 音效裝置 音效卡
0x02 USB通訊控制裝置 網卡、數據機、串列埠
0x03 [4] 人機介面裝置(HID) 鍵盤滑鼠
0x05 物理介面裝置 控制桿
0x06 [4] 靜止圖像捕捉設備 影像掃描器Picture Transfer Protocol
0x07 [4] 列印裝置 印表機
0x08 [4] 大容量存取裝置 USB隨身碟、移動硬碟記憶卡讀卡機、數位相機
0x09 [4] 集線器 集線器
0x0A [4] 通訊裝置 數據機網路配置卡ISDN傳真
0x0B 智慧卡裝置 讀卡器
0x0E [4] 影像裝置 網路攝影機
0xE0 [4] 無線傳輸裝置 藍牙
0xFE 特殊的應用 紅外線資料橋接器
0xFF [4] 定製裝置

USB接頭[編輯]

常用的USB延長線

接頭是由USB協會所指定,接頭的設計一方面為了支援眾多USB的基本需求,另一方面也避免以往許多類似序列接頭所出現的問題。

  • 接頭設計的相當耐用。許多以往使用的接頭較脆弱,即使受力不大,有時針腳或零件也會折彎甚至斷裂。而USB接頭的金屬導電部份周圍有塑料作為保護,而且整個連線部份被金屬的保護套圍住,因此USB接頭不論插拔,都不容易受損。由於金屬保護套和外圍塑料護套的保護,需要較大的力量才能造成USB接頭明顯的損壞。
  • 具有防呆設計,方向相反的插頭不可能插到插座裡,方向正反很容易感覺出來。所以不可能把USB介面插錯。
  • 接頭能相對便宜地大量生產。
  • 在USB網路中,接頭被強制使用定向拓撲。USB不支援環形網路,因此不相容的USB裝置之間介面也不相容。不像其他通訊系統(如RJ-45電纜)不能使用轉換插頭,防止環形USB網路產生。
  • 適度的插拔力。USB電纜和小型USB裝置能被插口卡住(不需要夾子、螺絲或者其他介面那樣的鎖扣)。只需要適當力量插拔即可連接周邊設備。
  • 由於接頭的構造,在將USB插頭插入USB座時,插頭外面的金屬保護套會先接觸到USB座內對應的金屬部份,之後插頭內部的四個接點才會接觸到USB座。金屬保護套會連線到系統的地線,提供路徑使靜電可以放電,避免因靜電透過電子零件而造成損壞。
  • USB電纜最長允許5公尺,更長的距離需要HUB。[5]

下表列出相容介面:

插頭(右)
插座(下)
USB Std A.png USB Std B.png USB Mini B.png USB Micro A.png USB Micro B.png
USB Std A.png
USB Std B.png
USB Mini-B receptacle.png
USB Micro-AB receptacle.jpg
USB Micro B receptacle.svg

電源[編輯]

利用USB接頭供電的小型電風扇

USB接頭提供一組5伏特的電壓,可作為相連接USB設備的電源。實際上,設備接收到的電源可能會低於5V,只略高於4V。USB規範要求在任何情形下,電壓均不能超過5.25V;在最壞情形下(經由USB供電HUB所連接的LOW POWER設備)電壓均不能低於4.375V,一般情形電壓會接近5V。

一個USB的HUB最多只能提供500 mA的電流。如此的電流已足以驅動許多電子設備,不過連接在匯流排供電HUB的所有設備,需要共享500mA的電流額度。一個由匯流排供電的設備可以使用到它所連接埠上允許輸出的所有電源。

匯流排供電的HUB可以將電源供給連接在HUB上的所有設備,不過USB的規範只允許匯流排供電的HUB下游串接一層匯流排供電的設備,因此,匯流排供電的HUB下游不允許再串接另一個由匯流排供電的HUB。許多HUB有外加電源,因此可以提供電源給下游的設備,不會消耗匯流排上的電源。若設備需要的電壓超過5V,或是需要電流超過500mA,都需要使用外加電源。

相對於之前其他溝通介面僅能傳遞訊息資料,高電壓USB插槽本身還能提供5V(伏特)的主動電壓,及0.5A(安培)的電流,因此對於一些小型設備而言,可以不必再外接電源供應裝置,就能利用來自USB插槽的電力順利運作。利用這特點,也有廠商開發出適當的排線,將USB拿來當作供電插座般使用,例如作為行動電話的充電器,或是提供小型桌燈電風扇等的電力需要,反而與原本用來連接電腦用的主要用途無關。

同類標準比較[編輯]

USB大容量儲存[編輯]

隨身碟,典型的USB大量儲存裝置

USB使用USB大容量儲存裝置標準實作Storage裝置的連線。它最初被用於傳統的磁碟和光碟驅動,但是現在已經擴充功能到支援大量不同的裝置.USB不能用於電腦內部儲存裝置的基本匯流排:像ATA(IDE)、SATASCSI

然而,USB有一個非常重要的優點,那就是它能夠在不關閉電腦主機電源的情況下動態的安裝和刪除USB裝置,這使它成為一個有用的外部裝置。今天,大量的生產商提供可攜式USB行動硬碟或者一個空的,能夠相容內部驅動的盒子。這些內部驅動通常提供一個轉換驅動介面,用以轉換IDE, ATA, SATA, ATAPI,或者SCSI到USB port。對於使用者來講,就像連線了一個內部的驅動。其他的競爭標準是eSATA以及Firewire

在市面也可以找到USB 3.0 Dongle[6]此類小型可插拔式的行動裝置,尺寸如同隨身碟一樣迷你,有廠商推出USB介面的Wi-Fi/藍芽無線Dongle,只要將此Dongle插入液晶電視上,即可透過無線連接方式,將使用者手機、平板、筆電中的視訊、照片分享到液晶電視上觀看,市面上已有廠商將Android作業系統直接寫入Dongle,成為多功能電視棒的產品。

相關儲存產品包括:主機板磁碟陣列卡、硬碟外接盒磁碟陣列系統,、NAS網路儲存裝置硬碟外接座等等。

人機介面裝置(HID)[編輯]

USB沒有完全取代AT鍵盤介面PS/2鍵盤滑鼠介面,但是事實上所有主機板製造商都提供至少一個USB介面。到2004年,大多數新主機板都配有多個高速USB 2.0介面,儘管有些是內建在主機板上的,需要使用電纜連線到位於主機前面板或者側面的介面。同樣的對遊戲操縱桿,手柄,寫字板和其他人機介面裝置的支援逐漸從原音效卡上的「MIDI/遊戲」介面和PS/2介面上轉移到USB上。現在帶著USB轉PS/2介面轉換插頭的USB鍵盤滑鼠相當普遍,他們可以使用任意2種介面之一。如今幾乎沒有廠商再提供多於一個的PS/2介面,但至少會提供一個混合鍵盤與滑鼠的PS/2介面。

使用專用鍵盤滑鼠介面的蘋果電腦1999年1月也開始使用USB介面。最初iPod只有IEEE1394介面,後來在第三代的iPod,蘋果電腦開始支援USB2.0連線,但是還不能用作充電,現在的iPod,已經全面相容USB,拋棄IEEE1394介面,只用USB介面充電以及連接電腦主機。

歷史[編輯]

Pre-Releases[編輯]

  • USB 0.7:1994年11月釋出。
  • USB 0.8:1994年12月釋出。
  • USB 0.9:1995年4月釋出。
  • USB 0.99:1995年8月釋出。
  • USB 1.0 RC:1995年11月釋出。

USB 1.0[編輯]

  • USB 1.0:1996年1月釋出。
    指定的資料傳輸速率為1.5 Mbit/s (Low-Speed)與12 Mbit/s (Full-Speed)。無預測及透過檢測功能。只有極少數的此類裝置出現在市場上。
  • USB 1.1: 1998年9月釋出。
    修正1.0版已發現的問題,大部分是關於USB Hubs。最早被採用的修訂版。

USB 2.0[編輯]

Hi-Speed USB徽標
  • USB 2.0:2000年4月釋出。
    增加更高的資料傳輸速率480 Mbit/s(現在稱作Hi-Speed),但受限於BOT傳輸協定和NRZI編碼方式,實際最高傳輸速度只有30 MByte/s左右。USB 2.0中最重要規範的ECN可以在 USB.org 查到:
    • Mini-A 和 Mini-B Connector ECN:2000年10月釋出。
      規範了Mini-A和Mini-B的插頭及插座標準。注意不要與Micro-B插頭及插座混淆。
    • Errata as of December 2000:2000年12月釋出。
    • Pull-up/Pull-down Resistors ECN:2002年5月釋出。
    • Errata as of May 2002:2002年5月釋出。
    • Interface Associations ECN:2003年5月釋出。
      添加新的描述符以便將多重介面關聯在在單一裝置功能中。
    • Rounded Chamfer ECN:2003年10月釋出。
      一項針對Mini-B介面堅固性的建議性、相容性改進。
    • Unicode ECN:2005年2月釋出。
      這項ECN指定了字串可以使用UTF-16LE編碼。USB 2.0曾指定可以使用Unicode,但沒有指定編碼。
    • Inter-Chip USB Supplement:2006年3月釋出。
    • On-The-Go Supplement 1.3:2006年12月釋出。
      USB直連(USB On-The-Go)允許兩個USb裝置不經獨立USB主機端直接相互通訊。實際使用中,是其中一個USB裝置作為其它裝置的主機端。
    • Battery Charging Specification 1.0: 2007年3月釋出。
      添加了對充電器(有USB介面的電源介面卡)的支援,當供電端(作為充電器的USB主埠)和電池連線時,它允許瞬間透過100 mA的電流。如果一個USB裝置連線到專用充電器或主埠時,最大瞬間電流可達1.5 A。(該文件並未包含在USB 2.0規範中。)
    • Micro-USB Cables and Connectors Specification 1.01:2007年4月釋出。
    • Link Power Management Addendum ECN:2007年7月釋出。
      在啟用與待機間增加了新的電源模式。當裝置處於這個模式時不向其傳送指令以減少電源消耗。所以,在啟用及睡眠模式間切換要比在啟用及待機模式間切換來的快得多。
    • High-Speed Inter-Chip USB Electrical Specification Revision 1.0:2007年9月釋出。

USB 3.0[編輯]

The Super-Speed USB Logo

USB 3.0於2008年11月釋出,速度由480MBps大幅提升到5Gbps。USB 3.0插座通常是藍色的,並向後相容USB 2.0。

USB 3.1[編輯]

USB 3.1 Logo

USB3.0推廣小組於2013年7月31日宣佈USB 3.1規格[7],傳輸速度提升為10Gb/s,比USB3.0的5Gb/s快上一倍,並向下相容USB 2.0/1.0,如果要得到10Gb/s的傳輸速度仍需在主機、目標端同時具備對應的晶片才能達成,電力供應可高達100瓦。[8]

USB On-The-Go 補充標準[編輯]

  • USB On-The-Go Supplement 0.7 :2000年11月7日釋出。
  • USB On-The-Go Supplement 1.0 :2001年12月18日釋出。
  • USB On-The-Go Supplement 1.0a :2003年6月24日釋出。
  • USB On-The-Go Supplement 1.2 :2006年4月4日釋出。
  • USB On-The-Go Supplement 1.3 :2006年12月5日釋出。[9]

傳輸協定[編輯]

  • BOT傳輸協定:BOT(Bulk-Only Transport)[10],誕生於1999年,專為USB 1.1所設計,至今最快的USB 3.1都可向下相容這個基本的BOT傳輸協定。在傳輸資料作業開始時,外接USB 3.0裝置與電腦主機板(USB 3.0擴充卡)之間,在同一時間單位元內,每次只傳輸單一指令,所以速度較UASP慢,屬於「半雙工傳輸模式」。
  • UASP傳輸協定[11][12]:UASP(USB Attached SCSI Protocol),與USB 3.0一同誕生於2008年,USB應用者論壇(USB-IF)為改良BOT傳輸協定過慢的缺點,將SCSI架構改進並推出UASP,包括多命令平行處理能力、任務管理與控制等機制,也支援NCQ(原生指令排序),速度比BOT傳輸模式快上許多,屬於「全雙工傳輸模式」。啟動UASP雖然能提升傳輸效能,但也有許多限制,電腦用戶必須具備支援UASP的外接USB 3.0裝置內部的裝置端控制器、主機板上的主機端控制器、驅動程式,三者缺一不可(有的還額外需要安裝靱體)。在OS支援度上,使用Windows 7的用戶若想啟動UASP,必須安裝相應的驅動程式,如果用戶使用Windows 8/Mac OS X 10.8.3以及之後陸續推出的10.9版本,因為其已內建UASP的驅動程式,所以直接原生支援UASP,如此可省去安裝驅動程式的麻煩。UASP的裝置端橋接晶片有:LucidPort USB 300、祥碩ASMedia 1053/1042、智微JMS 569、德州儀器TUSB9261等等。
UASP啟動條件示意圖

擴充功能[編輯]

PictBridge標準可以使得消費者使用的圖形裝置彼此互通(例如數位相機直接透過印表機輸出)。一般它使用USB做為其底層通訊協定。

微軟Xbox遊戲主機IBMUltraPort均使用自身獨有的專用介面,有別於標準的USB;不同的是,前者(Xbox)使用的是標準的USB 1.1訊號格式,後者則使用標準的USB訊號格式,而供電能力也更強。

開源計畫USB/IP實作了USB封包的網路傳送,邏輯上將USB資料線無限延長。同時配合無線路由器等手段,可以實作無線USB傳輸。

無線通用序列匯流排[編輯]

正在開發中的一種無線資料傳輸標準。[2] 設計標準:在3公尺內達到480Mbp的傳輸速率,在10公尺內達到110Mbps的傳輸速率。

USB 3.0控制晶片供應商[編輯]

控制晶片分類:[編輯]

主要分成主控端(Host)、裝置端(Device)、集線器(Hub)三大類,以下是常見分類:

睿思(Fresco):FL1100
德州儀器(Ti):TUSB7340
瑞薩電子(Renesas):UPD720200AF1
祥碩(ASMedia):ASM1042、ASM1061
威鋒(Via Labs):VL806
祥碩(ASMedia):ASM1092
晶量(Initio):INIC-1608
  • 集線器控制晶片(用於集線器、硬碟外接座、平板電腦底座、智慧型電視):
祥碩(ASMedia):ASM1074
瑞昱(Realtek):RTS5401
威鋒(Via Labs):VL812
創惟(Genesis Logic):GL352
德州儀器(Ti): TUSB8040
瑞薩電子(Renesas):UPD720210
SMSC:SMSC USB553xB
  • 轉接驅動晶片(Re-Driver):
用於延長傳輸距離,將訊號放大並還原,可克服USB傳輸線因為距離過長導致訊號衰減的缺點。
銀燦(Innostor)、群聯(Phison)、慧榮(Silicon Motion)、鈺創(Etron)、創惟(Genesis Logic)、擎泰(Skymedi)

CPU處理器同樣提供USB主端控制晶片的功能[編輯]

  • Intel Ivy Bridge 7系列晶片組原生支援USB 3.0(Intel發表7系列晶片組後,迫使USB 3.0主端控制晶片生產廠商的發展方向,轉而朝向嵌入式系統、集線器控制晶片等方面)。
  • Marvell(ARMADA 610處理器):為平板電腦、電子書閱讀器等行動裝置提供USB 2.0傳輸能力。
  • 德州儀器(Ti)的OMAP 5系列。
  • 輝達(Nvidia)的Tegra 4系列。
  • 高通(Qualcomm)的Snapdragon 800系列。
  • 三星(Samsung)的Xenos 5 Octa系列。
USB 3.0應用於磁碟陣列RAID產品的範例

儲存類商品[編輯]

  • 主機板:ASUS (Z87 Pro)、GIGABYTE(G1.Sniper 5)、ASRock (Z87 OC Formula/ac)等等。
  • 硬碟外接座:HighPoint RocketStor 5422等等。
  • 硬碟外接盒:STARDOM i310-SB3、ICY DOCK MB559U3S-1SB等等。
  • 外接硬碟:Toshiba Canvio、HGST 原(Hitachi) Touro Mobile Pro等等。
  • 轉接器:Vantec CB-ESATAU3(eSATA to USB 3.0)等等。

參考資料[編輯]

  1. ^ Spike Lam. 業界推出全新USB Type C介面標準規范. HKEPC. 2013-12-04 [2013-12-05]. 
  2. ^ Mobile phones to adopt new, smaller USB connector (PDF), 新聞稿. USB Implementers Forum. 2007-01-04 [2007-01-08]. 
  3. ^ OMTP Local Connectivity: Data Connectivity at omtp.org
  4. ^ 4.00 4.01 4.02 4.03 4.04 4.05 4.06 4.07 4.08 4.09 4.10 PC 硬體介面徹底研究 ISBN 957-442-275-5
  5. ^ [1]
  6. ^ http://shopping.pchome.com.tw/?mod=store&func=style_show&SR_NO=DMAA3Z
  7. ^ http://www.usb.org/press/USB-IF_Press_Releases/SuperSpeedUSB_10Gbps_Available_20130731.pdf USB IF應用者論壇於2013/7/31發布新聞稿,宣布USB 3.1規格。
  8. ^ http://www.usb.org/press/presskit/USBIF_MomentumPR_IDF2013_FINAL_translated.pdf 2013/04/10 USB應用者論壇中,主席兼首席營運官Jeff Ravencraft表示,USB 3.1的電力供應可達到100瓦。
  9. ^ http://www.softelectro.ru/usbotg13.pdf
  10. ^ http://www.usb.org/developers/presentations/pres0410/2-4_SSUSB_DevCon_UASP_Stevens.pdf USB.org對於BOT與UASP傳輸協定的解釋
  11. ^ http://www.techbang.com/posts/12535-windows-8-support-catalytic-usb-3-is-more-popular T客邦對UASP的解釋與產品測試報告
  12. ^ http://www.usb.org/developers/presentations/pres0410/2-4_SSUSB_DevCon_UASP_Stevens.pdf USB.org對於BOT與UASP傳輸協定的解釋

相關條目[編輯]

外部連結[編輯]