USB（Universal Serial Bus）是通用串行总线的缩写，它是连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范，被广泛地应用于个人电脑和移动设备等信息通讯产品，并扩展至摄影器材、数字电视（机顶盒）、游戏机等其它相关领域。多媒体电脑刚问世时，外接式设备的传输接口各不相同，如打印机只能接LPT、调制解调器只能接RS232、鼠标键盘只能接PS/2等。繁杂的接口系统，加上必须安装驱动程序并重启才能使用的限制，都会造成用户的困扰。因此，创造出一个统一且支持易插拔的外接式传输接口，便成为无可避免的趋势，USB应运而生。最新一代的USB是USB4，传输速度为40Gbit/s。物理接头USB Type-A、Type-B接头分正反面，新型USB Type-C接头不分正反，目前已经大规模用在手机设备上.1996年 USB 1.0 速度只有1.5Mb/s——1998年 USB 1.1版本传输速率（两种模式）：低速（Low Speed）1.5Mbps全速(Full Speed)12Mbps——2000年4月 USB 2.0版本USB 2.0兼容所有USB 1.0外部设备及电缆线等，传输速率达480Mbps（高速High Speed 系列）。——2008年11月 USB 3.0版本 最大传输速率高达5.0Gb/s，也就是625MB/s ——Super Speed引入了新的电源管理机制，支持待机、休眠和暂停等状态
2）全速/低速USB总线设备连接方法全速设备：D+上接1.5k上拉电阻；低速设备：D-上接1.5k上拉电阻；
3）电气特性收发器：对地电源电压为4.75~5.25V，设备吸入的最大电流值为500mA ，D+、 D-上不加电压。USB设备：高速在D+上加3.0~3.6V电压, 低速反之。D+、D-线电气特性： 无驱动：高速VD+ ＞ 2.7V, VD-＜0.8V, 低速反之； 有驱动：高速VD+ ＞ 2.0V, VD-＜2.0V, 低速反之。 D+、D-线信号特性： 高电平：VD+ － VD-＞200mV，VD+ ＞2.0V ； 低电平：VD- － VD+ ＞200mV，VD- ＞2.0V 。 D+、D-线数据特性：NRZI（不归零反向码） 逻辑0：D+、D-线上电平高、低间跳变； 逻辑1：D+、D-线上电平不变。
USB总线系统中的设备可以分为三个类型： USB主机（ USB主控制器/根集线器(USB Host)）：只能有一个，管理USB系统，每秒产生一帧数据；发送配置请求对USB设备进行配置操作，对总线上的错误进行管理和恢复。 USB 集线器（USB HUB）：类似于网络集线器，完成USB设备的添加（扩展）、删除和电源管理等。 USB总线设备（USB功能外设 USB function）。传输协议
我们定义这样几个状态：假设D+,D-分别表示usb信号线的电平信号。那么对于usb full speed function(high speed ,low speed是不同的),我们定义差分数据线上可能出现的四个状态：Data J state:D+=1，D-=0；Data K state:D+=0，D-=1；SE0：D+=D-=0;SE1：D+=D-=1数字串构成域，域再构成包，包是USB系统中信息传输的基本单元，所有数据都是经过打包后在总线上传输的。 USB包由五部分组成，即同步字段（SYNC）、包标识符字段（PID）、数据字段、循环冗余校验字段（CRC）和包结尾字段（EOP），包的基本格式如下： SYNC（8或32 bits） PID（8 bits） DATA（0-1023bytes） CRC(5或6bits ) EOP（2 bit）域（字段）由若干位组成(多少位由具体的域决定)，域可分为七个类型： 同步域(SYNC)由8位/32位组成，作为每个数据包的前导，用来产生同步作用，使USB设备与总线的包传输率同步，它的数值固定为000000001。 作用：① 通知USB串行接口引擎数据要开始传输；② 同步主机和设备之间的时钟。格式：Full/low-speed为8位，high-speed为32位。① 全速/低速设备的同步域为00000001；② 高速设备的同步域为31个0，后面跟1个1；注意：这是对发送端的要求，接收端在解码时，0的个数可以少于这个数。 包标识符PID是用来标识一个包的类型。PID共有8位，目前USB协议仅使用4位(PID0~PID3)，另外4位(PID4~PID7)是PID0~PID3的取反，用来校验PID。传输的顺序为PID0,PID1,PID2,PID3,...,PID7。包的类型包括令牌包(token packet, PID1~0为01)、数据包(data packet, PID1~0为11)、握手包(handshake packet, PID1~0为10)、特殊包(special packet, PID1~0为00)：
在USB包中，数据字段可以包含设备地址、端点号、帧序列号以及数据等内容。它仅存于DATA数据包中，根据不同的传输类型，拥有不同的字节大小，从0到1023字节（同步传输）。在总线传输中，总是先传输字节的最低位，最后传输字节的最高位。 （1）ADDR设备地址数据域： ADDR数据域由7位组成，可用来寻址多达127个外围设备。 （2）ENDP端点数据域： ENDP数据域由4位组成，通过这4个位最多可寻址出32个端点。这个ENDP数据域仅用在IN、OUT与SETUP令牌信息包中。对于慢速设备可支持端点0以及端点1作为中断传输模式，而全速设备则可以拥有16个输入端点（IN）与16个输出端点（OUT）共32个端点。 （3）Frame Number： 当USB令牌包的PID为SOF时，其数据字段必须为11位的帧序列号。帧序列号由主机产生，且每个数据帧自动+1，最大数值为0x7FF。当帧序列号达到最大数时将自动从0开始循环现在的USB已经可以当成万能接口了，跟其他接口转换也相对比较容易，所以具体的通信流程不做赘述了。
小结：
1.之前做过USB摄像头(3T硬盘损坏，导致项目资料丢失，不然可以将原理图，代码，工作流程介绍展开)，现在只能建议兄弟们做好阻抗匹配，USB线最好是带屏蔽的，或者将DP,DM,GND绞在一起也能缓解信号干扰和衰减。
2.USB2.0的速度理论最高是480M，一般的跑到300M就差不多，再高基本很难达到了。
3.一般SOC和MCU是要加PHY芯片的，不过现在多数已经集成了，不需要加PHY芯片了。
4.USB3.0的发送和接收是可以互换的，兄弟们搞反了也没事，估计应该没有兄弟会去关注这点，USB也是分主从的，理论上是接127个设备。