USB接口

USB是一种非常流行的串行接口，特别是对于个人电脑而言。USB接口采用分层结构。一个“主机”控制着网络中的许多“设备”。举例而言，PC是主机，设备是通过USB电缆连接到PC的设备，例如键盘、鼠标设备、打印机、闪存和扬声器。

USB的显著特点是即插即用。连接或断开USB设备时，不必关闭电脑。这就是USB变得如此流行的原因之一。

USB接口由PC以外的其它机器使用。使用起来会比个人电脑的接口简单得多。例如多功能打印机的USB接口。多功能打印机通常通过网络与PC相连，打印出PC中的信息。但是有些打印机不使用PC就可打印出照片数据。这种情况是因为这些打印机嵌入了USB主机，它能直接控制USB存储器。主机通过USB设备存储照片数据或文档数据就已足够，不需要PC的复杂功能。
对于这种情况，带有嵌入式USB主机的微控制器便是实现打印机USB接口的最佳解决方案之一。

东芝32位微控制器TX03系列支持USB接口，可以是USB主机接口，也可以是USB设备。M360组支持嵌入式主机或USB 2.0全速（12 Mbps）设备。M320组集成了适用于音频应用的USB 2.0主机功能，支持高速（480 Mbps）和全速设备。
这些微控制器将在稍后进行介绍。

当USB设备插入PC上的USB端子时，PC内将执行以下操作。
PC中的USB主机会立即检测到USB设备的连接。实际上，主机始终监测着所有USB端子上的USB设备连接。当主机发现新设备时，它会要求设备发送设备信息。主机将选择一个合适的驱动器，给设备分配一个地址等等，这叫做“枚举”。枚举完成后主机可以正确访问。

当USB存储器（设备）中的数据传输到PC中的硬盘时，主机命令设备将数据发送到主机。设备将数据传输到主机，主机向设备返回确认，这表明操作已成功完成。另一方面，当路径的方向相反时，主机宣布其将数据发送到设备的意图，并进行传输。设备将接收数据并向主机返回确认。
当设备要从PC上卸下时，设备会以某种方式告知主机。然后主机断开连接以准备删除设备。之后，电脑会在显示器上显示USB存储器可以断开连接的标志。

您可能知道如何将USB设备连接到PC或断开与PC的连接。

USB 2.0规定了三种传输速率：低速（1.5Mbps）、全速（12Mbps）和高速（480Mbps）。东芝TX03系列微控制器的USB接口主要支持全速。
下面开始说明USB的数据格式和类型。首先介绍串行数据格式。然后说明四种传输模式。最后说明数据传输中的实际波形。

USB的格式

1. 包
   1. 令牌包
   2. 数据包
   3. 握手包
2. 事务
3. 帧

传输类型

1. 控制类型
2. 批量类型
3. 中断类型
4. 等时类型

波形

USB传输数据的最小单位就是一个包。包由SYNC字段、包ID（PID）字段、各种数据字段（DATA字段）和CRC（循环冗余校验）字段组成。

SYNC字段是8位，它在发射器时钟和接收器时钟之间进行同步。
PID字段显示要传输的数据类型。
DATA字段包含实际传输的数据。
CRC字段有一个错误检查代码，用于检查数据传输中是否无错误。
上图说明了数据包的一般格式。实际的数据包格式如下所示。

ADR（USB地址）和ENDP（端点）是“数据包”的发送寄存器或接收寄存器的地址。

握手包中有SYNC字段和PID字段，不存在数据字段和CRC。

我们将介绍包、令牌、数据和握手包。USB主机和设备之间的一系列传输数据由这些数据包的若干组合组成。我们将举例说明主机如何从设备接收数据。
主机开始向设备发送令牌包。包包括寄存器地址（ENDP）和发送传输数据的设备地址（ADR）。PID包含一个数据接收（IN）代码。
设备从地址寄存器（数据包）传输数据。
主机向设备返回确认（ACK）以连续接收数据（握手包）。此确认包含在PID字段中。
这种令牌、数据和握手包的组合称为事务。

USB全速的最大长度单位是“帧”。一帧时间长度固定为1毫秒。帧以SOF（帧启始）包开始。在SOF之后，许多事务都会接踵而至。

USB根据数据有四种传输类型。它们被称为控制、批量、中断和等时类型。

这种类型用于传输控制数据。当主机对设备进行枚举时，传输数据被分成许多短片段并多次传输。此方案将确保每次传输成功。

这种类型便于将大量数据（例如，存储在USB存储器中的数据）传输到PC中的文件夹。数据包的数据字段应尽可能长，以节省传输时间。在传输过程中，如果紧急传输要求它中断，则批量传输可以停止并让位于中断。

这种类型便于将大量数据（例如，存储在USB存储器中的数据）传输到PC中的文件夹。数据包的数据字段应尽可能长，以节省传输时间。在传输过程中，如果紧急传输要求它中断，则批量传输可以停止并让位于中断。

举例而言，这种类型用于实时数据、视频剪辑和音乐数据的传输。必须无缝传输这些数据，且无需确认数据是否正确到达。接收器不会发出应答包。

根据传输的数据类型，可以选择最有效的类型。

USB的数据线有四根线：VDD，GND，信号D+和信号D-。D+和D-是一个传输数据的互补值。如果D+为高电平，D-为低电平，则数据被称为“差分1”。如果D+为低电平，D-为高电平，则数据被称为“差分0”。
USB的数据格式为NRZI（反向不归零）。当一个时钟间隔内没有变化时，此格式将定义数据“1”，当发生从高到低或从低到高的变化时，则定义数据“0”。

USB没有任何时钟线。所以主机和驱动器必须彼此同步。传输8位SYNC码，使接收器与发射器以USB全速同步。