USB標(biāo)準(zhǔn)適用于哪些應(yīng)用

通用串行總線 (USB) 外設(shè)接口已廣泛應(yīng)用于所有個(gè)人計(jì)算平臺及眾多工業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施平臺。不過，與此同時(shí)，人們對適用于給定應(yīng)用的 USB 版本，如 USB 1.0，USB 1.1，USB 2.0，On-the-Go (OTG) 或 WirelessUSB (WUSB) 等，還不太清楚。隨著 USB 1.1 規(guī)范的發(fā)布，以及 Microsoft 操作系統(tǒng)為這一標(biāo)準(zhǔn)提供原生支持，這使得 USB 主機(jī)接口在 PC 中快速普及，同時(shí)也使眾多外設(shè)由傳統(tǒng)接口，如串行 (RS-232)、PS-2（鼠標(biāo)和鍵盤）和并行端口（打印機(jī)使用的 Centronix 和 IEEE-1284）等，向這種新型通用接口標(biāo)準(zhǔn)過渡。

隨著 USB 2.0 規(guī)范的發(fā)布，使高速連接成為可能，USB 外設(shè)的數(shù)量出現(xiàn)激增，從而大幅改善了最終用戶的使用體驗(yàn)。本文上半部分討論了 USB 標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，下半部分將討論常見的應(yīng)用，并介紹給定應(yīng)用采用哪種 USB 標(biāo)準(zhǔn)最好。

選用 USB 1.1、USB 2.0、USB OTG 還是 WUSB？

我們不妨先來簡單看看不同 USB 版本之間的差別，以此作為本文的基礎(chǔ)。目前常用的標(biāo)準(zhǔn)為 USB 1.1、USB 2.0、USB OTG 和 WUSB。在許多情況下，這些不同標(biāo)準(zhǔn)會使工程師和最終用戶產(chǎn)生混淆。USB 2.0 是 USB 1.1 的官方正式升級版，提供了如下三種數(shù)據(jù)傳輸速率：

• 1.5 Mbps 的低速 (LS)
• 12 Mbps 的全速 (FS)
• 480 Mbps 的高速 (HS)

前兩種速率的定義與 USB 1.1 完全相同。USB OTG 是USB 2.0 規(guī)范的補(bǔ)充，定義了新的設(shè)備類型。此外，還擴(kuò)展了外設(shè)產(chǎn)品的功能，增加了有限的主機(jī)功能。OTG 設(shè)備能支持 USB 2.0 支持的所有速率。Certified WUSB 是最新的標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展版，定義了無線接口，將有線 USB 技術(shù)的高速和安全性與無線技術(shù)的易用性相結(jié)合。Certified WUSB 通過 WiMedia Alliance 開發(fā)的常見的 WiMedia MB-OFDM 超寬帶 (UWB) 無線電平臺來支持穩(wěn)健的高速無線連接，連接距離為 3 米時(shí)最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá) 480 Mbps；連接距離為 10 米時(shí)最高速率可達(dá) 110 Mbps。每種版本都有其優(yōu)缺點(diǎn)。通過全面了解每種技術(shù)的成本、功耗及吞吐能力，有助于我們確定哪種標(biāo)準(zhǔn)最適合給定的應(yīng)用需求。

低速與高速 USB

低速 USB 的最大優(yōu)點(diǎn)就是低成本、低功耗。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率為 1.5 Mbps 時(shí)，盡管收發(fā)器的速率很有限，但成本和功耗也很低。其明顯的缺點(diǎn)就是數(shù)據(jù)吞吐能力不高。如果數(shù)據(jù)傳輸速率為 1.5 Mbps 的話，那么實(shí)際數(shù)據(jù)吞吐能力還不到 1 Mbps，因?yàn)?USB 規(guī)范本身還會有一些開銷。與之相對的高速 USB 數(shù)據(jù)規(guī)范，其數(shù)據(jù)吞吐能力很高，但同時(shí)也會導(dǎo)致成本增加，功耗大幅提升。實(shí)際 USB 控制器的成本高于全速或低速 USB。電路板實(shí)施的成本還會更高，因?yàn)橄啾扔?12 Mbps 乃至更低的速率，當(dāng)速率高達(dá) 480 Mbps 時(shí)，確保傳輸質(zhì)量就是一個(gè)很大的技術(shù)問題了。

全速 USB 填補(bǔ)了低速和高速之間的空白，其數(shù)值處于三種矢量之間。

由于 USB OTG 可采用這三種速率中的任何一種，因此在比較 USB OTG 的不同速率版本時(shí)，上面討論的問題同樣適用。我們不妨將 OTG 與標(biāo)準(zhǔn)有線 USB 進(jìn)行比較。USB 規(guī)范最初的目的之一就是通過主機(jī)而不是外設(shè)完成大部分處理工作，從而實(shí)現(xiàn)低成本的外設(shè)連接方式。這就決定了 USB 以主機(jī)為中心的本質(zhì)，從而有助于大幅降低外設(shè)連接實(shí)施方案的成本。處理功能的成本主要由 PC 承擔(dān)，而不是由外接到總線的不同外設(shè)承擔(dān)。OTG 改變了這一機(jī)制，在標(biāo)準(zhǔn)的 USB 外設(shè)上集成了有限的主機(jī)功能，不管這種外加的功能多么有限，都會提高外設(shè)的成本。成本的提高不僅涉及到支持主機(jī)功能的 USB 控制器硅技術(shù)，還涉及到整個(gè)產(chǎn)品，其中包括與主機(jī)功能相配套的更高的存儲器與處理功能要求等。USB OTG 的一大優(yōu)勢在于，它能在沒有電腦的情況下實(shí)現(xiàn) USB 設(shè)備的數(shù)據(jù)共享。我們在稍后討論有關(guān)應(yīng)用時(shí)將給出具體實(shí)例和案例研究。

Certified WUSB 相對于有線 USB 的最大優(yōu)勢在于易用性，無需線纜即可在電腦與外設(shè)間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。此外，在不用 USB 線纜的情況下，您還能直接為許多外設(shè)供電，所需設(shè)備可通過標(biāo)準(zhǔn)的 AC 適配器或電池自供電。