1.3 USB总线版本
自从1994年11月11日发布第一个USB总线版本USB 0.7来,USB经历了多个版本,目前最新版本为USB 3.0。USB总线的发展保持着新旧版本间的良好的兼容性,这是USB总线迅速成为计算机标准扩展接口的重要原因。
历史上比较重要的几个USB总线版本分别为USB 1.0、USB 1.1、USB 2.0和最新的USB 3.0。USB总线各版本之间的主要区别在于最大传输速率。目前计算机主板上最常用的USB 2.0和超高速USB 3.0正在普及,而早期的USB 1.0和USB 1.1逐渐被淘汰。
1.3.1 USB 1.0
虽然 USB 总线接口技术早在 1994 年就被提出,但是由于需要芯片厂商的支持而没有被立刻采用。1996年1月15日,USB-IF组织正式推出了USB 1.0总线接口规范。USB 1.0总线规范中规定了低速(Low-Speed USB)传输速率为1.5Mb/s,可以向外提供的供电电压为5V,最大电流为500mA。USB 1.0总线接口开始逐渐得到应用,但由于传输速率比较低,支持它的USB外部设备比较少。总的来说,USB 1.0技术以其良好的热插拔特性开始得到应用,但仅用于鼠标、键盘等低速率的HID设备。
1.3.2 USB 1.1
1998年9月23日,USB-IF组织对USB 1.0总线技术进行了升级,推出了USB 1.1总线接口规范。在USB 1.1总线规范中,规定了新的全速传输速率(FuII-Speed USB)为12Mb/s。具备USB 1.1认证的标识图案,如图1.26所示。USB 1.1总线技术具有如下典型特征:
图1.26 USB认证的标识图案
◆ 兼容低速1.5Mb/s和全速12Mb/s两种速率模式。
◆ 良好的热插拔特性,在开机的情况下,也可以安全地任意连接或断开USB设备。
◆ 广泛的操作系统支持,在Windows 98及其以上的操作系统都提供了对USB的完整支持,很多USB设备可以直接被识别,例如鼠标、键盘、U盘等。
◆ 数据传输线缆最大长度为3m。
◆ 向外可以提供5V的电源,最大输出电流为500mA。
◆ 强大的扩展能力,一个USB接口理论上可以扩展支持127个USB设备。
可以说,USB总线技术从USB 1.1版本开始得到广泛的推广应用,例如鼠标、键盘、U盘、光驱等,其中很大一部分原因在于USB总线技术的优势以及操作系统的全面支持。
1.3.3 USB 2.0
随着技术的进步,人们对数据吞吐量的需要越来越大,尤其是在高速数据采集领域以及视频图像传输场合。为此,USB-IF组织于2000年4月27日公布了USB 2.0总线技术规范,其中规定了新的高速传输速率(High-Speed USB)为480Mb/s,是USB全速的40倍。具备高速USB 2.0认证的标识图案,如图1.27所示。USB 2.0总线技术具有如下典型特征:
图1.27 高速USB 2.0认证的标识图案
◆ 具有480Mb/s的高速传输能力,向下兼容低速1.5Mb/s和全速12Mb/s两种速率模式。
◆ 继承了良好的热插拔特性,在开机的情况下,也可以安全地任意连接或断开USB设备。
◆ 广泛的操作系统支持,最新的Windows、Linux操作系统都提供了对USB的完整支持,很多USB设备可以直接被识别,例如鼠标、键盘、U盘、移动硬盘等。
◆ 数据传输线缆最大长度为5m。
◆ 向外可以提供5V的电源,最大输出电流为500mA。
◆ 强大的扩展能力,通过USB Hub级联的方式,一个USB接口理论上可以扩展支持127个USB设备。
◆ 支持4种传输方式:控制传输、中断传输、同步传输和块传输。
目前来说,USB 2.0是应用最为广泛的USB接口。凭借其高速传输速率,USB 2.0接口被广泛应用于移动硬盘、U盘、光驱、扫描仪、打印机、数据采集卡等需要高速数据传输的领域,而早期的USB 1.0和USB 1.1则逐渐淡出市场。
1.3.4 USB 3.0
超高速USB 3.0是最新的USB总线接口规范,于2008年11月17日由USB-IF组织推出。新的USB 3.0规范支持全新的超速传输速率(Super-Speed USB)为5.0 Gb/s,提供了十倍于USB 2.0的传输速度和更高的节能效率,可广泛用于PC外围设备和消费电子产品。USB 3.0同时还向下兼容USB 2.0总线技术,使得用户和设备厂商可以实现平滑过渡。超高速USB 3.0认证标识图案如图1.28所示。USB 3.0总线技术具有如下典型特征:
图1.28 超高速USB 3.0认证标识图案
◆ 提供了更高的5.0 Gb/s的超速传输速度,并向下兼容低速1.5Mb/s、全速12Mb/s和高速480Mb/s传输速率。
◆ 向外可以提供5V的电源,最大输出电流为900mA。
◆ 增加了新的电源管理职能,支持待机、睡眠以及暂定模式,更加省电。
◆ 全双工数据通信,提供了更快的传输速度。
◆ 数据传输线缆最大长度为3m。
超高速USB 3.0通常简称为“超速USB 3.0”,这是USB总线接口技术的一次飞跃。在协议和规范方面同USB 2.0保持了兼容能力,但又有很大的不同。USB 3.0和USB 2.0的对比如表1.1所示。
表1.1 USB 3.0和USB 2.0的对比
可以说,超高速USB 3.0总线接口技术是未来USB接口的发展方向。目前,最新的计算机主板都开始集成超高速USB 3.0接口。越来越多的外部设备也可以支持超高速USB 3.0,例如USB 3.0的U盘、移动硬盘等。
1.3.5 其他USB规范
除了前面介绍的基本USB总线规范,USB-IF组织还积极扩展USB接口技术的应用范围,针对不同领域推出了不同的USB规范。例如,针对无线数据传输的无线USB,针对移动设备的USB OTG,等等。
1.USB OTG
USB OTG技术主要针对移动设备之间的互联和数传,它是USB On-The-Go的缩写。2001年12月18日由USB-IF组织推出之后,在移动设备之间得到了广泛的应用。USB OTG技术可以使设备在没有USB主机的情况下进行输出交换。例如,通过OTG技术将数码相机直接连接到打印机上便可以打印照片,手机通过OTG技术可以直接读取U盘中的文件,等等。USB OTG技术包括两个版本,USB全速OTG和USB高速OTG,其标识图案如图1.29所示。其中,全速USB OTG也就是USB 1.1 OTG,支持12Mb/s的传输速率。而高速USB OTG即是USB 2.0 OTG,支持480Mb/s的传输速率。
图1.29 USB全速OTG和USB高速OTG标识图案
目前,USB OTG技术主要应用在数码相机、智能手机和平板电脑等设备中。例如,三星的GaIaxy Nexus、GaIaxy SII和GaIaxy SIII等手机,以及绝大部分的Android平板电脑。
2.无线USB
无线USB,也就是WireIess USB,简称为WUSB。WUSB是于2004年在InteI春季技术峰会上提出的一个全新无线传输标准。其竞争目标是蓝牙技术,具有传输速度快、功耗低等诸多优势。无线USB的标识图案如图1.30所示。
图1.30 无线USB的标识图案
WUSB传输速率可达480Mb/s,相当于USB 2.0高速的传输速率,而且可以在10m内无线传输。这使得设备之间能够摆脱线缆的束缚。典型的无线 USB 设备包括无线 USB 鼠标键盘、无线USB网卡和无线USB显示器等。目前,WUSB技术正在发展和推广阶段,需要更多的芯片厂商提供支持才能在市场上占据一定地位。