一、什么是 USB？
USB 全称为 Universal Serial Bus ，翻译过来就是通用串行总线。由英特尔与众多电脑公司提出来，用于规范电脑与外部设备的连接与通讯。目前 USB 接口已经得到了大范围的应用，已经是电脑、手机等终端设备的必配接口，甚至取代了大量的其他接口。
二、USB分类
按照版本划分， USB 目前可以划分为 USB1.0 、 USB2.0 、 USB3.0 以及即将到来的 USB4.0 。
USB1.0 ： USB 规范于 1995 年第一次发布，由 Inter 、 IBM 、 Microsoft 等公司组成的 USB-IF(USB Implement Forum)组织提出。 USB-IF 于 1996 年正式发布 USB1.0 ，理论速度为 1.5Mbps 。1998 年 USBIF 在 USB1.0 的基础上提出了 USB1.1 规范。
USB2.0 ： USB2.0 依旧由 Inter 、 IBM 、 Microsoft 等公司提出并发布， USB2.0 分为两个版本:Full-Speed 和 High-Speed ，也就是全速 (FS) 和高速 (HS) 。 USB2.0 FS 的速度为 12Mbps ， USB2.0HS 速度为 480Mbps 。目前大多数单片机以及低端 Cortex-A 芯片配置的都是 USB2.0 接口，比如STM32 和 ALPHA 开发板所使用的 I.MX6ULL 。 USB2.0 全面兼容 USB1.0 标准。
USB3.0 ： USB3.0 同样有 Inter 等公司发起的， USB3.0 最大理论传输速度为 5.0Gbps ， USB3.0引入了全双工数据传输，USB2.0 的 480Mbps 为半双工。 USB3.0 中两根线用于发送数据，另外两根用于接收数据。在 USB3.0 的基础上又提出了 USB3.1 、 USB3.2 等规范， USB3.1 理论传输速度提升到了 10Gbps ， USB3.2 理论传输速度为 20Gbps 。为了规范 USB3.0 标准的命名， USBF 公布了最新的 USB 命名规范，原来的 USB3.0 和 USB3.1 命名将不会采用，所有的 3.0 版本的 USB 都命名为 USB3.2 ，以前的 USB3.0 、 USB3.1 和 USB3.2 分别叫做 USB3.2 Gen USB3.2
Gen2 、 USB3.2 Gen 2X2 。
USB4.0 ： 目前还在标准定制中，目前还没有设备搭载，据说是在 Inter 的雷电接口上改进而来。USB4.0 的速度将提升到了 40Gbps ，最高支持 100W 的供电能力，只需要一根线就可以完成数据传输与供电，极大的简化了设备之间的链接线数
如果按照接口类型划分的话 USB 就要分为很多种了，最常见的就是 USB A 插头和插座
三、USB电器电气属性
USB A 插头从左到右线序依次为 1,2,3,4 ，第 1 根线为 VBUS ，电压为5V，第 2 根线为 D- ，第 3 根线为 D+ ，第 4 根线为 GND
USB 是一种支持热插拔的总线接口，使用差分线 (D- 和 D+) 来传输数据， USB设备 支持两种供电模式：总线供电和自供电，总线供电就是由 USB 接口为外部设备供电，在 USB2.0 下，总线供电最大可以提供 500mA 的电流。
四、USB 拓扑结构
USB 是主从结构的，也就是分为主机和从机两部分，一般主机叫做 Host ，从机叫做 Device 。
虽然我们可以对原生的 USB 口数量进行扩展，但是我们不能对原生 USB 口的带宽进行扩展，比如 I.MX6ULL 的两个原生 USB 口都是 USB2.0 的，带宽最大为 480Mbps，因此接到下面的所有 USB 设备总带宽最大为 480Mbps 。
USB 主机和从机之间的通信通过管道 (Pipe) 来完成，管道是一个逻辑概念，任何一个 USB设备一旦上电就会存在一个管道，也就是默认管道，USB 主机通过管道来获取从机的描述符、配置等信息。在主机端管道其实就是一组缓冲区，用来存放主机数据，在设备端管道对应一个特定的端点。
五、USB使用过程发现的问题
现象：把USB设备接到PC
1. 右下角弹出"发现android phone"
2. 跳出一个对话框，提示你安装驱动程序
问1. 既然还没有"驱动程序"，为何能知道是"android phone"
答1. windows里已经有了USB的总线驱动程序，接入USB设备后，是"总线驱动程序"知道你是"android phone"提示你安装的是"设备驱动程序"
USB总线驱动程序负责：识别USB设备, 给USB设备找到对应的驱动程序
问2. USB设备种类非常多，为什么一接入电脑，就能识别出来？
答2. PC和USB设备都得遵守一些规范。
比如：USB设备接入电脑后，PC机会发出"你是什么"？
USB设备就必须回答"我是xxx", 并且回答的语言必须是中文
USB总线驱动程序会发出某些命令想获取设备信息(描述符)，
USB设备必须返回"描述符"给PC
问3. PC机上接有非常多的USB设备，怎么分辨它们？USB接口只有4条线: 5V,GND,D-,D+
答3. 每一个USB设备接入PC时，USB总线驱动程序都会给它分配一个编号 ，接在USB总线上的每一个USB设备都有自己的编号(地址)，PC机想访问某个USB设备时，发出的命令都含有对应的编号(地址)
问4. USB设备刚接入PC时，还没有编号；那么PC怎么把"分配的编号"告诉它？
答4. 新接入的USB设备的默认编号是0，在未分配新编号前，PC使用0编号和它通信。
问5. 为什么一接入USB设备，PC机就能发现它？
答5. PC的USB口内部，D-和D+接有15K的下拉电阻，未接USB设备时为低电平
USB设备的USB口内部，D-或D+接有1.5K的上拉电阻；它一接入PC，就会把PC USB口的D-或D+拉高，从硬件的角度通知PC有新设备接入
其他概念:
1. USB是主从结构的
所有的USB传输，都是从USB主机这方发起；USB设备没有"主动"通知USB主机的能力。
例子：USB鼠标滑动一下立刻产生数据，但是它没有能力通知PC机来读数据，只能被动地等得PC机来读。
2. USB的传输类型:
a. 控制传输：可靠，时间有保证，比如：USB设备的识别过程
b. 批量传输: 可靠, 时间没有保证, 比如：U盘
c. 中断传输：可靠，实时，比如：USB鼠标
d. 实时传输：不可靠，实时，比如：USB摄像头
3. USB传输的对象：端点(endpoint)
我们说"读U盘"、"写U盘"，可以细化为：把数据写到U盘的端点1，从U盘的端点2里读出数据
除了端点0外，每一个端点只支持一个方向的数据传输，端点0用于控制传输，既能输出也能输入
4. 每一个端点都有传输类型，传输方向
5. 术语里、程序里说的输入(IN)、输出(OUT) "都是" 基于USB主机的立场说的。
比如鼠标的数据是从鼠标传到PC机, 对应的端点称为"输入端点"
6. USB总线驱动程序的作用
a. 识别USB设备
b. 查找并安装对应的设备驱动程序
c. 提供USB读写函数
参考资料：正点原子官方文档
