1. 概述
Usb = Universal Serial Bus全称通用串行总线，是一种支持热插拔的高速串行传输总线，使用差分信号来传输数据。
USB设备可以直接和host通信，或者通过hub和host通信。一个USB系统中仅有一个USB主机，设备包括功能设备和hub，最多支持127个设备。
由于USB是主从模式的结构，设备与设备之间、主机与主机之间不能互连，为解决这个问题，扩大USB的应用范围，出现了USB OTG，全拼 ON The Go。USB OTG 同一个设备，在不同的场合下可行在主机和从机之间切换。
USB协议版本有USB1.0、USB1.1、USB2.0、USB3.1等。
速度模式：
USB1.0低速模式：1 .5Mb/s
USB1.1全速模式：12Mb/s
USB2.0 高速模式：480Mb/s 500mA
USB3.0 超高速模式： 5.0Gb/s 实际3.2Gb/s 900mA
USB3.1 超超高速模式：10Gb/s实际7.2Gb/s 20V/2A-仅限于Type-A/B 12V/3A-Type-C
USB1.1 OTG USB2.0 OTG：作为相应的补充，支持点对点通信。
供电模式：
自供电：设备从外部电源获取工作电压。
总线供电：设备从VBUS(5V) 取电，最多500mA电流，本身容值不超过10uF；
低功耗USB设备：最大功耗不超过100mA；
高功耗USB设备：枚举时最大功耗不超过100mA，枚举完成配置结束后功耗不超过500mA。
（枚举过程中，通过设备的配置描述向主机报告它的供电模式和功耗要求）
优点：传输速度快，支持热插拔，系统总线供电，支持设备种类多，扩展容易；
缺点：传输距离短，供电能力有限。
2. 硬件结构
USB使用的是差分传输模式，两个数据线D+和D-；他们使用的是3.3V电压（与CMOS的5V电压不同）而电源线和地线可以向设备提供最大电流500mA（可以编程设置）
差分信号1：D+ > VOH(min) (2.8V) 且D- < VOL(max)(0.3V)
差分信号0：D- > VOH and D+ < VOL
USB2.0与USB3.0差别：
USB2.0速度没USB3.0快；
USB2.0通常是白色或黑色，USB3.0为蓝色；
USB2.0是500mA，USB3.0为900mA；USB3.1为20V/5A；
J状态（高电平）：D+ 高，D- 低
K状态（低电平）：D+低，D- 高
SEO状态：D+ 低，D- 高
Reset信号：D+ and D- < VOL for >= 10ms
主机在要和设备通信之前会发送Reset信号来把设备设置到默认的未配置状态。即主机拉低两根信号线（SE0状态）并保持10ms
Idle状态：J状态数据发、送前后总线的状态
Suspend状态：3ms以上的J状态
3. 传输结构
集合关系：传输类型 -> 事务 -> 包 -> 域
传输类型： 控制、中断、同步、批量
事务： IN、OUT、SETUP
包： 令牌包、数据包、握手包
域： 同步序列域、包标识域、地址域、端点域、帧号域、数据域、CRC校验域
注意：
USB的基本数据结构是包；
USB总线发送是LSB在前，MSB在后。
4. 拓扑结构
Usb主控制器：对丛机设备的控制和数据处理
Usb根集线器：是特殊的usb集线器，集成在主机控制器中，不占用地址；
Usb集线器：可以扩展出更多的USB口。
一个主控制器对应一个根集线器，而一个根集线器通常对应一个或者几个USB口，比如电脑主机上有7个主控制器和7个根集线器，
5. 速度检测
- 全速和低速的识别
主机的hub端的D+和D-上分别接了15k的下拉电阻到地，当主机hub悬空时，主机hub端均为低电平；
usb设备端的D+或者D-上接有1.5k上拉电阻，低速设备的上拉电阻接到D-上，高速和全速设备的上拉电阻接到D+上，当设备插入主机时，根据数据线的电平高低识别速度。
- 高速设备识别
usb高速设备的D+上接有1.5k的上拉电阻，当设备插入主机时，首先被识别为全速设备。之后，hub和设备需要通过“Chirp序列”的总线握手机制来识别高速和全速设备。整个过程中，高速的hub需要检测插入的设备是高速、全速还是低速，高速的设备需要检测所连接上的hub是都支持高速模式，如果双方都确认成功，就进行以系列的动作，设备从全速切换到高速模式，高速模式下，采用电流传输模式，设备需要将上拉电阻断开。否则，设备以全速模式工作；
6. HSIC
HSIC—USB High Speed Inter-Chip
是一个两线源同步的串行接口，使用240MHz双倍数据速率产生480MHz的高速速率，和传统的USB电缆连接拓扑结构的主机完全兼容。不支持中速和低速USB转换。
480MHz高速数据速率；
源同步串行接口，不传输时不耗电；
不支持热插拔，线路长度10cm；
信号驱动在1.2V标准LVCMOS水平；
不支持高速线性调频协议，HSIC只能工作在高速状态；
HSIC可以替换IIC；
常用于3G和4G模块中。
7. Type-C
- 接口特点
支持正反插；
支持最高20V5A的电源能力，支持快充；
支持USB3.0 USB3.1协议，同时向下兼容USB2.0协议；
多功能：传输电源和数据外，还可以传输音视频；
- 管脚定义
插座（front view）
插头（front view）
VBUS：电源
TXn+/TXn-/RXn+/RXn-：USB3.0/3.1高速数据线；
D+/D-：USB2.0数据线；
CC：逻辑功能识别及配置管脚，用来检测正反插以及充电功率控制。
Type-C作为DFP模式时（类似HOST或适配器）VBUS输出默认是没有电压的，只通过CC线的上拉电流大小来通知外设默认支持电流大小（5V:900mA,1.5A，3A），当接上外设后(UFP)CC线会被外设的5.1K电阻接地，VBUS就会输出5V。此后双方可以通过CC线进行数据通信，并协商到更高的充电电压（PD功能）。
VCONN：如果使用Active Cable（譬如DP功能），VCONN用来给Cable的芯片供电（共用CC管脚）；
SBU1/2：辅助信号，DP模式下的AUX协议信号；
备注：
DFP：Downstream Facing Port 下行端口可理解为Host，提供VBUS，也可提供数据。
UFP：Upstream Facing Port 上行端口可理解为Device，从VBUS中取电，并可提供数据。
DRP：Dual Role port双角色端口既可做DFP(Host)，也可做UFP(Device)，也可在DFP与UFP间动态切换。
8. USB芯片种类
接口芯片：通用USB接口芯片 Usb interface chip
USB 主控制器：USB HOST功能芯片 Usb host chip
USB微控制器：带USB接口MCU usb with mcu
并口桥：USB转并口芯片 Usb to parallel bridge 8bit 16bit 32bit
串口桥：USB转串口芯片 Usb to serial bridge IIC、SPI或者UART
音频控制器： Usb Audio Controller IIS接口
HUB控制器：USB HUB USB HUB Controller
USB-USB桥：通过USB实现PC互连USB to USB bridge
闪盘控制器：Usb flash controller
读卡器：智能卡设备类 Usb smart card