从软硬件结构认识USB接口转换器

随着以太网通信技术的快速发展和广泛应用，其开放性、平台无关、信息服务多样性等优点以及和传统总线相比具有的高速和互联互通优势，使以太网通信成为目前世界上工业控制领域高速通信的事实标准和未来通信的发展趋势。

进入21世纪以来，随着智能信息自动化的发展，USB接口转换器应用领域的逐渐扩大。USB转串口可使你在串口中（rs232）和USB接口之间非常容易地建立可靠的连接。通过利用USB接口具有的即插即用和热插拨的能力可以给串口(rs232)外围设备提供非常容易使用的环境。只要简单地将外设插入到PC（电脑）以外的总线中，PC（电脑）就能自动识别和配置USB设备。而且带宽更大，增加外设时无需在PC内添加接口卡，多个USB集线器可相互传送数据，使PC可以用全新的方式控制外设。USB总线标准由1.1版升级到2.0版后，传输率由12Mbps增加到了240Mbps，（在特殊情况下甚至可达到1Mdps以上的速率）。它的设计可以让你方便地连接诸如手提电话、数码相机、ISDN-TA、Modem等设备。

1. USB的硬件结构

USB采用四线电缆，其中两根是用来传送数据的串行通道，另两根为下游（Downstream)设备提供电源，对于高速且需要高带宽的外设，USB以全速12Mbps的传输数据；对于低速外设，USB则以1.5Mbps的传输速率来传输数据。USB总线会根据外设情况在两种传输模式中自动地动态转换。USB是基于令牌的总线。类似于令牌环网络或FDDI基于令牌的总线。USB主控制器广播令牌，总线上设备检测令牌中的地址是否与自身相符，通过接收或发送数据给主机来响应。USB通过支持悬挂/恢复操作来管理USB总线电源。USB系统采用级联星型拓扑，该拓扑由三个基本部分组成：主机（Host)、集线器（Hub)和功能设备。

主机，也称为根，根结或根Hub，它做在主板上或作为适配卡安装在计算机上，主机包含有主控制器和根rs485集线器（Root Hub)，控制着USB总线上的数据和控制信息的流动，每个USB系统只能有一个根集线器，它连接在主控制器上。

集线器是USB结构中的特定成分，它提供叫做端口（Port)的点将设备连接到USB总线上，同时检测连接在总线上的设备，并为这些设备提供电源管理，负责总线的故障检测和恢复。集线可为总线提供能源，也可为自身提供能源（从外部得到电源），自身提能源的设备可插入总线提供能源的集线器中，但总线提供能源的设备不能插入自身提供能源的集线器或支持超过四个的下游端口中，如总线提供能源设备的需要超过100mA电源时，不能同总线提供电源的集线器连接。

功能设备通过端口与总线连接。USB同时可做Hub使用。

2. USB的软件结构
每个USB只有一个主机，它包括以下几层:
(1)USB总线接口
USB总线接口处理电气层与协议层的互连。从互连的角度来看，相似的总线接口由设备及主机同时给出，例如串行接口机（SIE）。USB总线接口由主控制器实现。(2)USB系统

USB系统用主控制器管理主机与USB设备间的数据传输。它与主控制器间的接口依赖于主控制器的硬件定义。同时，USB系统也负责管理USB资源，例如带宽和总线能量，这使客户访问USB成为可能。

3. USB的数据流传输

主控制器负责主机和USB设备间数据流的传输。这些传输数据被当作连续的比特流。每个设备提供了一个或多个可以与客户程序通信的接口，每个接口由0个或多个管道组成，它们分别独立地在客户程序和设备的特定终端间传输数据。USBD为主机软件的现实需求建立了接口和管道，当提出配置请求时，主控制器根据主机软件提供的参数提供服务。

USB接口转换器支持四种基本的数据传输模式：控制传输，等时传输，中断传输及数据块传输。每种传输模式应用到具有相同名字的终端，则具有不同的性质。

一般的计算机只有两个USB端口，如果你想连接更多的USB外设，则利用USB集线器，该集线器可提供多个USB端口，你只要将该集线器直接插入你的计算机即可。有了足够的USB端口，你就可以最多连入127个USB设备。

 宇泰公司在USB数据采集、USB工业控制等领域已经取得了一定的成果，在现实中得到成功的应用。随着工控行业和物联网技术的迅速发展，USB（USB转换器，RS232转换器）必将在更广阔的领域得到更深层次的应用。