USB（通用串行總線），由Intel公司提出，帶寬為12Mbps，與傳統接口總線相比，主要優點有三個，1.可接入多達127個設備，目前計算機外設越來越多，PC機內有限的插槽和接口已經不能滿足要求，USB緩解了這一矛盾。2.可以熱插拔，在電腦通電的情況下可以隨時熱插拔所連接的設備。3.可即插即用。

設計USB的設備就必須深入了解USB的體系結構。USB通用串行總線同其他串行并行接口不同，它是一個軟硬件相結合的系統體系，對于剛剛進入USB設計的工程師來說，這個結構是復雜的。為此，下面論述了USB的一些體系結構和基本概念。

USB總線的總體結構

整個USB總線可以分為3個部分進行描述：USB連接、USB設備、USB主機（如圖1）。

USB連接

USB連接是指USB主機和USB設備的通信方式與方法，包括：總線拓撲（USB主機和設備之間的連接方式）；層內關系（USB總線每一層中的任務）；數據流模式（數據在USB總線上的流動方式）；USB調度（USB提供一個共享的服從調度的互連）。

USB設備是通過USB總線連接到USB主機上的。USB總線上的物理連接是一個分層的星形拓撲。處于每個星形拓撲中央的是hub（USB集線器）。在主機和一個hub或者一個應用之間以及在hub和其它hub或應用之間都是一個點對點的連接。圖1表示了USB的拓撲類型。

USB主機

在USB總線中只有一個主機。USB總線與計算機主機系統的接口部分就是主機控制器，它可被看做一個硬件、固件和軟件的結合體。主機系統中集成了一個根hub來提供一個或多個連接點。

USB設備

首先USB設備可被分為兩大類：hub類（提供附加USB接入點的設備）和功能 設備類（為系統實現某些功能的設備，如ISDN適配器、數字游戲桿等）。

按照功能，USB設備又可分為很多類，如：音頻、人機交互、顯示、通信、電源、打印機、海量存儲、物理反饋等設備。每個USB設備都必須提供自鑒定信息和通用的設置。

USB設備都有一個標準的USB接口，它的作用為：解釋USB協議；對標準USB操作的響應，如掛起和設置等；提供設備的一些描述信息。

在實際的設計應用中，USB設備的接口有自已的特點。USB接口的正確設計與設備的性能緊密相關，在USB接口設計之前必須要對設備的功能、指標進行詳細的分析。

連接在USB接口上的設備通過基于令牌和主機控制的協議來共同享用整個USB帶寬。在其它設備正常工作的前提下，USB允許某設備連接、設置、運行和斷開連接。

USB數據傳邏輯結構

USB設備在邏輯上分成了幾個層次，分別是設備層、配置層、接口層和節點層。

USB設備中各層的邏輯關系如圖2所示：

1.節點：每個設備內有一個或多個邏輯連接點，稱為節點。

2.接口：一個設備對主機表現為一組合適的節點，一組相關的節點稱為一個接口。有多個接口的設備稱為組合設備。

3.配置：設備可以有多組接口，每一組稱為一個配置，一次只能有一個配置是活動的。但是，當前配置中的所有接口（和它們的節點）可以同時是活動的。大多數設備只有一個配置和一個接口。當一個設備第一次插入系統時，Windows提示用戶選擇合適的配置。

4.管道：在USB中，傳輸是在USB設備的某一具節點和主機軟件之間進行的，這個相關的結構就稱為管道，即為設備的一個節點與主機之間的數據傳輸的模型。管道有兩種：流管道和消息管道。其中消息管道的數據結構是USB定義好的，而流管道沒有固定的結構。另外，數據傳輸帶寬、傳輸類型、節點的特性（如方向和緩沖大小）都影響著它的管道特性。大多數的管道在USB設備配置好之后就產生了。其中有一個最重要的消息管理是“缺省控制管道”，這個管道在設備一加電的時候就存在了，它提供設備的配置和狀態等信息的控制。

管道可以是單向的也可以是雙向的。一個USB設備可以有很多個管道，管道之間是相互獨立的，比如設備的一個管道可以從主機接收數據而另一個管道可以發送數據。在一個設備配置中每一個管道（即每一個節點）只能支持下述的一個數據傳型。

5.傳輸類型：USB總線包括4種傳輸類型（傳輸管道）：

●控制傳輸類型：用于傳輸控制信息，如：在連接時配置設備，控制其它管道的狀態以及完成一些設備自定的用途。

●塊數據傳輸類型：用于傳輸相對比較大的和突發性強的數據，一般這種傳輸的動態范圍比較寬。數據傳輸的可靠性由硬件層錯誤檢測來保證，對錯誤的數據可進行重復發送。塊傳輸 是連續的，它的帶寬占用依據其它USB設備的使用情況而不同。這種傳輸類型一般用于打印機、掃描儀等。

●中斷數據傳輸類型：數據量小，延遲短，通常用于傳輸設備反饋回計算機的字符和坐標信息，多用于人機交互設備，如鼠標，鍵盤、游戲桿等。

●同步數據傳輸類型：占用預先分配的帶寬，實時傳輸。對于同步傳輸管道，帶寬的要求與設備的采樣率有關，時延的要求與每個節點的緩沖大小有關。為保證數據的實時傳輸，在傳輸過程中的一些誤碼是不被糾正的（如不進行重試等），則實際上USB的心位錯誤率是十分小的，它完全可以被忽略掉，不足以形成問題。

USB數據傳輸的邏輯模型如圖3所示：

根據實際應用中得出的經驗，工程技術人員需要預先計劃好的USB接口指標包括：所設計的USB設備的帶寬，由此確定設備為低速設備還是全速設備；是否采用多重配置；是否采用多個接口，即設備是否是復合設備，是否包括多個功能；設備的每個功能都分別包括幾個管道（節點），各個管道的傳輸方式和它們之間有什么關系。只有把這些問題都分析清楚，才可以著手進行下一下的詳細設計。

結束語

隨著USB2.0協議的推出，USB的應用范圍將更為擴大。USB2.0所定義的帶寬為480Mbps，它的出現將徹底改變USB只能在低速設備上應用的現狀。由于有相同的USB高速模式的結構，從現有的USB1.1外設向USB2.0轉移相對來說比較容易的，所以全面了解USB的體系結構對于USB1.1和USB2.0設備的設計都是非常重要的。