USB2.0實(shí)際傳輸速度為什么與480mbps相差甚遠(yuǎn)

USB2.0實(shí)際傳輸速度為什么與480Mbps相差甚遠(yuǎn)

USB2.0規(guī)范中傳輸速度是480 Mbps(即60 MB/s)。但是很多USB2.0設(shè)備在實(shí)際工作時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸速度卻與此相差甚遠(yuǎn)，比如用PC用U盤拷個(gè)東西，往往比60MB/s慢很多，這是為什么呢？

其實(shí)想想也能知道一些原因，USB總線中傳輸數(shù)據(jù)的就一對(duì)差分線，單是其要同時(shí)支持各種設(shè)備（一個(gè)USB HOST設(shè)備通過USB HUB下面掛多個(gè)從設(shè)備是可以同時(shí)用的），支持雙向傳輸，必然存在復(fù)雜的協(xié)議，協(xié)議上面的開銷肯定不少，另外對(duì)于其中的單個(gè)設(shè)備來說也只能得到部分傳輸帶寬。

總的來說，主要有以下幾個(gè)因素：

USB協(xié)議開銷，USB帶寬的分配，硬件結(jié)構(gòu)，USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

USB協(xié)議開銷

在USB數(shù)據(jù)通信的過程中，總線上傳輸?shù)牟⒉皇撬卸际怯行?a target="_blank">信息，還要包括諸如同步信號(hào)、類型標(biāo)識(shí)、校驗(yàn)碼、握手信號(hào)等各種協(xié)議信息。因此實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾矢緵]有可能達(dá)到總線傳輸?shù)臉O限速度480 Mbps。且對(duì)不同的傳輸類型，存在不同的協(xié)議開銷。

USB有4中傳輸模式：控制傳輸、批量傳輸、中斷傳輸、同步傳輸。

根據(jù)USB協(xié)議，USB2.0的告訴模式，1秒有8個(gè)微幀，計(jì)算4中模式的最大速度傳輸如下：

控制傳輸：控制傳輸是雙向傳輸，數(shù)據(jù)量通常較小，主要用來進(jìn)行查詢、配置和給 USB 設(shè)備發(fā)送通用的命令。

中斷傳輸：中斷傳輸方式主要用于定時(shí)查詢?cè)O(shè)備是否有中斷數(shù)據(jù)要傳送，該傳輸方式應(yīng)用在少量的、分散的、不可預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)合。鍵盤，鼠標(biāo)等。

批量傳輸：在訪問USB總線時(shí)，相對(duì)其他傳輸類型具有最低的優(yōu)先級(jí)，USB HOST總是優(yōu)先安排其他類型的傳輸，當(dāng)總線帶寬有富余時(shí)才安排批量傳輸，打印機(jī)，掃描儀，存儲(chǔ)設(shè)備等。

同步傳輸：同步傳輸適用于以固定速率傳輸，可以容忍偶爾錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)上。實(shí)時(shí)傳輸一般用于UVC 攝像頭等設(shè)備。數(shù)據(jù)傳錯(cuò)時(shí)不會(huì)重傳。

USB帶寬的分配

USB協(xié)議規(guī)定，控制傳輸應(yīng)確保在低/全速時(shí)能夠使用10％的帶寬，高速時(shí)能夠使用20％的帶寬。而批量傳輸并沒有保留任何帶寬。即批量傳輸只有在控制傳輸和其它傳輸不需要使用其帶寬的情況下，方能使用剩下的帶寬。因此，盡管總線閑置時(shí)批量傳輸可以在一段時(shí)間里盡快地傳輸大量的數(shù)據(jù)，但總線忙時(shí)批量傳輸就可能工作很慢。

通常主機(jī)同時(shí)使用鼠標(biāo)、鍵盤、攝像頭、打印機(jī)和掃描儀等多種USB設(shè)備，它們分別采用不同的傳輸方式。如果開始只有一個(gè)設(shè)備以批量傳輸方式獨(dú)占系統(tǒng)的全部帶寬，速度會(huì)很快(接近53 MB/s)。但如果新插入的若干設(shè)備需要使用控制傳輸全部20％的保留帶寬，那么先前設(shè)備批量傳輸?shù)目捎脦捑蜁?huì)下降到原先的80％，傳輸速度可能變?yōu)?2 MB/s以下。作為一種更極端情況是批量傳輸設(shè)備插入前，已有設(shè)備以控制傳輸方式完全占有了20％的保留帶寬。其它設(shè)備也以中斷或者同步傳輸方式共同占據(jù)了剩下的80％帶寬，那么批量傳輸設(shè)備就會(huì)因?yàn)闆]有保留帶寬，只能處于等待的狀態(tài)。

硬件結(jié)構(gòu)

其實(shí)常用USB接口的硬件結(jié)構(gòu)如下圖，一個(gè)USB HUB下面掛了多個(gè)設(shè)備，即時(shí)我們用PC時(shí)是直接用的電腦的USB接口，那也是因?yàn)閺S家把USB HUB做到PC里面了，這樣才能有這么多的USB接口。

USB HUB的外設(shè)（Device端）所有的數(shù)據(jù)之和是和HOST端一樣的，而HOST端也不能超過480Mb/s，所以480Mb/s的速度是大家共享的，而不是獨(dú)享。

USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

USB設(shè)備的驅(qū)動(dòng)可以分為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、USB總線驅(qū)動(dòng)程序、USB控制器驅(qū)動(dòng)程序三個(gè)部分。應(yīng)用程序通過使用API函數(shù)與USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序聯(lián)系。USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通過調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序完成對(duì)設(shè)備的數(shù)據(jù)讀寫。USB總線驅(qū)動(dòng)程序和USB2.0控制器驅(qū)動(dòng)程序由操作系統(tǒng)提供。設(shè)備驅(qū)動(dòng)通過構(gòu)造URB(USB Request Block)，并傳給總線驅(qū)動(dòng)程序來完成與總線驅(qū)動(dòng)程序的通信。

通常情況下設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序需要頻繁產(chǎn)生中斷。而設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)并不高，當(dāng)計(jì)算機(jī)負(fù)荷較重或者有其它優(yōu)先級(jí)較高的中斷發(fā)生時(shí)，它的中斷得不到處理而需要等待。如果設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序向USB總線傳遞URB的時(shí)候設(shè)置一個(gè)較大的緩沖區(qū).便可減少了中斷的頻率而減少等待時(shí)間。從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?。此外，調(diào)整驅(qū)動(dòng)程序中諸如命令排隊(duì)策略、改變請(qǐng)求包大小等措施，也能對(duì)USB的數(shù)據(jù)傳輸速度產(chǎn)生一定的影響。

綜上所述，通常所說的480 Mbps是USB2.0總線速度的上限.考慮通信協(xié)議的開銷后，實(shí)際數(shù)據(jù)的傳輸速度存理論上最高也只有53 MB/s(426Mbps).實(shí)際綜合條件下15 MB/s至25 MB/s都可以作為合理的高速目標(biāo)。

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