今天花10分钟，来分析USB（universal serial bus）的名字：通用，串行，总线

1 通用

指物理层和数据链路层上，可以通过USB接口来跑很多种应用层协议

2 串行

底层通讯的关键因素是：

1. 通信时钟速率
2. bit同步
3. 帧同步
4. 数据线数量
5. bit层编码协议

根据数据线的数量不同，可以分为串行和并行
串行在一个时钟驱动下，能传输一个bit信号；并行能同时传输多个bit信号

通信速率
并行数据线在跑高速信号时，对环境条件要求比较高，容易因为布线，阻抗，ESD干扰等，导致多条数据线路到达终端的时间不一致，这就是数据时间窗口的问题，从而限制了通信时钟最大的速率

串行总线因为只需要同步采样一路数据线的电信号，就没有了时间窗口的问题，所以串行速率会有几个数量级的提升。同时可以采用差分线来增加抗干扰能力，采用NRZI编码来省掉一个时钟线，更能提高传输速率

bit 同步
底层通讯时，必须考虑bit同步问题，也就是在通讯过程中，怎么区分数据线上的各个bit

1. SPI，I2C这类，采用增加时钟线的方式来同步，一个时钟跳变沿，就是一个采样同步信号
2. UART这类，靠时间片的方式来同步，每个时间片都是nUs，时间一到，就读取数据线信号。但这种方式，容易有时间积累效应，导致漂移和误差，从而采样错位。因此UART也会有一个帧同步的机制，来定时复位采样时间电路，从而将误差限制在可控范围内
3. 红外，1-wire这种单线制信号，是采用脉宽和特定模式，来一起解决bit同步和帧同步问题
4. USB这种呢，则是将利用数据信号的跳变过程来同步，所以没有单独的时钟线，叫NRZI。但这种机制，本质上还是和UART的时间片方式一样，所以对于一连相同的特定数字信号，仍然会出现漂移，错位的现象，所以USB协议通关强制插入反转序列的方式，来给SIE状态机一个时钟同步信号。这样的效果就是可以显著提高通行速率。
   理论上来说，同步反转信号插入的越多，通讯同步误差就会越小，通讯速率越高，但是会导致有效带宽使用率下降的问题，所以要适当的权衡。
5. 还有一种，对于射频信号，会采用频率调制，用特定的频率来表示0，1

帧同步

很多同学，可能不知道这个概念，其实，很简单
bit同步用于保证系统能识别一连串的010101，但是我们把这些01分组呢？
帧同步就是干的这事

另一个名字，帧开始，帧结束，可能各位比较熟悉一些，

UART会用数据线第一个下降沿来表示帧传输开始，上升沿表示帧结束
SPI就是默认的8个，16个，32个clock表示一个帧，挨个数就行了
其它通讯总线的方式，也类似

当初USB设计的初衷就是为了高速应用，所以选择了串行，差分，NRZI编码通讯方式

3 总线

USB采用层次化总线拓扑方式，就是多叉树形结构
涉及到总线，就会提及几个关键点

1. 寻址方式
2. 应答机制
3. 通讯协议

时间不够，就不展开了，明天聊

每日推荐

1. Sparkfun上，关于串行通讯的入门介绍
2. Northeastern University的数据链路层资料
3. CSDN博客文章-串行通信比并行通信的速度更高

PS：可能某些资料需要翻墙才能查看，如需帮助，请告诉我

2015-12-13

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