uart與usb對(duì)比分析

　　什么是uart

　　通用異步收發(fā)傳輸器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter），通常稱作UART，是一種異步收發(fā)傳輸器，是電腦硬件的一部分。它將要傳輸?shù)?a href="http://www.wenjunhu.com/soft/special/" target="_blank">資料在串行通信與并行通信之間加以轉(zhuǎn)換。作為把并行輸入信號(hào)轉(zhuǎn)成串行輸出信號(hào)的芯片，UART通常被集成于其他通訊接口的連結(jié)上。

　　具體實(shí)物表現(xiàn)為獨(dú)立的模塊化芯片，或作為集成于微處理器中的周邊設(shè)備。一般是RS-232C規(guī)格的，與類(lèi)似Maxim的MAX232之類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)幅度變換芯片進(jìn)行搭配，作為連接外部設(shè)備的接口。在UART上追加同步方式的序列信號(hào)變換電路的產(chǎn)品，被稱為USART（Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter）。

　　UART是一種通用串行數(shù)據(jù)總線，用于異步通信。該總線雙向通信，可以實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸和接收。在嵌入式設(shè)計(jì)中，UART用于主機(jī)與輔助設(shè)備通信，如汽車(chē)音響與外接AP之間的通信，與PC機(jī)通信包括與監(jiān)控調(diào)試器和其它器件，如EEPROM通信。

　　什么是usb

　　USB，是英文Universal Serial Bus（通用串行總線）的縮寫(xiě)，是一個(gè)外部總線標(biāo)準(zhǔn)，用于規(guī)范電腦與外部設(shè)備的連接和通訊。是應(yīng)用在PC領(lǐng)域的接口技術(shù)。USB接口支持設(shè)備的即插即用和熱插拔功能。USB是在1994年底由英特爾、康柏、IBM、Microsoft等多家公司聯(lián)合提出的。

　　下一代USB接口將會(huì)有改動(dòng)方向，下一代的Type-C USB接口，可支持正反兩面插，并且傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)強(qiáng)，但目前（2014年）生產(chǎn)商有限。

　　理論上USB接口可用于連接多達(dá)127個(gè)外設(shè)，如鼠標(biāo)、調(diào)制解調(diào)器和鍵盤(pán)等。USB自從1996年推出后，已成功替代串口和并口，并成為二十一世紀(jì)個(gè)人電腦和大量智能設(shè)備的必配的接口之一。

　　usb作為一種串行接口，應(yīng)用日益廣泛。如同每個(gè)工程設(shè)計(jì)人員必須掌握I2C，RS232這些接口一樣，我們也必須掌握usb.

　　但是usb的接口協(xié)議實(shí)在有點(diǎn)費(fèi)解，linux uhci驅(qū)動(dòng)作者之一Alan Stern曾經(jīng)就說(shuō)過(guò)“The USB documentation is downright evil. Most of it is just crap， written by a committee. You‘re better off ignoring most of it ”。

　　本文將從整體上介紹usb協(xié)議，包括usb host ，usb hub，usb function。希望能給讀者一個(gè)總體上的了解。也因此，文章將分成相應(yīng)的三部分講解 。

　　一、usb function

　　1。初識(shí)usb.usb是一種串行接口協(xié)議，它靠d+，d-兩條數(shù)據(jù)線構(gòu)成的差分線來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這讓我們非常感興趣它到底和我們通常熟悉兩線 rs232/485有何區(qū)別。了解這種區(qū)別有助于我們對(duì)usb作一個(gè)深入的了解。那么讓我們回想一下到底一個(gè)兩線rs232的數(shù)據(jù)是如何傳送的，

　　在這里我們的重點(diǎn)在于，我們發(fā)現(xiàn)要在串行口傳送數(shù)據(jù)一個(gè)最體碼的要求恐怕就是：要知道數(shù)據(jù)傳輸何時(shí)開(kāi)始，何時(shí)結(jié)束。即如何delimit.那么 rs232怎么做的。顯然，在idle（空閑）時(shí)，即無(wú)數(shù)據(jù)傳送時(shí)，數(shù)據(jù)線處于高電平，等到有數(shù)據(jù)開(kāi)始傳送，發(fā)送方首先拉低數(shù)據(jù)線（start），表示數(shù) 據(jù)傳輸開(kāi)始，接受端也因?yàn)檫@個(gè)“start”信號(hào)開(kāi)始準(zhǔn)備接受即將到來(lái)的數(shù)據(jù)，類(lèi)似一次握手，隨后，在兩者之間的數(shù)據(jù)傳送開(kāi)始，結(jié)束后主方再次拉高數(shù)據(jù) 線，表示結(jié)束傳輸，自此兩者重新進(jìn)入Idle狀態(tài)。等待下一輪傳送開(kāi)始。

　　了解了rs232，那么我們自然想到usb如何做到這個(gè)呢，既然是串行位流傳輸，也理所當(dāng)然的解決這個(gè)問(wèn)題。沒(méi)錯(cuò)，Usb協(xié)議必然要解決這個(gè)問(wèn)題，讓我們作一個(gè)類(lèi)似rs232的比較吧！類(lèi)似于rs232，usb的傳輸楨如圖二：

　?。ㄟ@里我們暫時(shí)忽略這個(gè)傳輸所代表的意義）為了說(shuō)明問(wèn)題，我們對(duì)一些問(wèn)題簡(jiǎn)化，我們定義這樣幾個(gè)狀態(tài)：

　　假設(shè)D+，D-分別表示usb信號(hào)線的電平信號(hào)。那么對(duì)于usb full speed function（high speed ，low speed是不同的），我們定義差分?jǐn)?shù)據(jù)線上可能出現(xiàn)的四個(gè)狀態(tài)：

　　Data J state:D+=1，D-=0；

　　Data K state:D+=0，D-=1；

　　SE0：D+=D-=0;

　　SE1：D+=D-=1

　　這個(gè)對(duì)usb full speed function來(lái)說(shuō)，idle狀態(tài)將處于Data J state，se0表示一楨結(jié)束。看這個(gè)圖是不是很像我們熟悉的rs232。沒(méi)錯(cuò)！??！他們確實(shí)很相似。在無(wú)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，它們都處于Idle狀態(tài)，當(dāng)要開(kāi) 始傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，先發(fā)一個(gè)sync（同步信號(hào)，rs232為start，usb為一sync字節(jié)，見(jiàn)協(xié)議說(shuō)明）信號(hào)進(jìn)行“握手”，而后開(kāi)始傳輸，當(dāng)傳輸要結(jié) 束時(shí)，發(fā)一stop信號(hào)（usb為一個(gè)se0狀態(tài)表示要結(jié)束傳輸），最后又進(jìn)入idle態(tài)等待新的傳輸。不過(guò)，你可能更加注意到，他們還是不同的。不同在 于usb是按“packet” 進(jìn)行傳輸?shù)?，就是說(shuō)它傳輸?shù)淖钚挝皇莗acket，而rs232是按字節(jié)傳送的，也即它的最小傳送單位是字節(jié)。既然是按pakcet傳送，想想我們相較 于rs232的按字節(jié)單位傳輸，我們可以得到哪些“好處”。想想看，pakcet的好處不就在于我們可以靈活的定義數(shù)據(jù)的傳送格式，傳送方式，從而可以適 應(yīng)各種各樣的串行設(shè)備，這不就是所謂的“通用串行總線”嗎？

　　簡(jiǎn)介：從本節(jié)開(kāi)始，我們將介紹usb的傳輸機(jī)制。這節(jié)先介紹usb現(xiàn)有傳輸方式的背景知識(shí)，做為對(duì)下節(jié)將要展開(kāi)的四種傳輸類(lèi)型，描述符，等相關(guān)知識(shí)的一個(gè)導(dǎo)引。