隨著計算機技術的飛速發展，個人計算機（PC）的用戶擴展不斷擴大。然而一些系統I/O（如IRQ、DMA和I/O端口地址）限制了它的使用。于是一些新的接口標準如USB、IEEE1394應運而生，本文著重介紹通用串行總線（USB）。對于使用了USB接口的PC,用戶不需要打開機蓋，手工配置系統I/O,并為不同的外設接口發愁。而只需極其簡單的安裝與配置即可使用外設。USB提供即插即用（Plug Play）和熱插拔功能，可以在不斷電的情況下直接將外設連接到USB上，且馬上就可以被系統識別使用。所有的USB外設接口“ONE-SIZE-FITS-ALL”,可以簡單方便的連接入計算機中。USB系統采用級聯星型拓撲結構，每個USB設備用一個USB插頭連接到一個外設的插座上，而其本身又提供一個插座供下一個外設連接用。通過這種類似菊花鏈似的連接，一個USB控制器可以連接多達127個外設，而每個外設間距離（線纜長度）可達5米。為PC的USB外設擴充提供了一個很好的解決方案。

　　二、USB基本特性

　　USB的硬件結構

　　USB采用四線電纜，其中兩根是用來傳送數據的串行信道，另兩根為下流（Downstream）設備提供電源，D+、D- 是串行數據通信線，它支持兩種數據傳輸率，對于高速需要高帶寬的外設，USB以全速12Mbps傳輸數據。對于低速外設，USB則以1.5 Mbps的傳輸速率傳輸數據。USB總線會根據外設情況在兩種傳輸模式中自動動態轉換。VBUS是通常為+5V的電源，GND是地線。USB是基于令牌的總線，類似于像令牌環網絡或FDDI基于令牌的總線。USB主控制器廣播令牌，總線上設備檢測令牌中的地址是否與自身相符，通過接受或發送數據給主機作響應。USB通過支持懸掛/恢復操作來管理USB總線電源。USB系統采用級聯星型拓撲即類菊花鏈連接

　　該拓撲由三個基本部分組成：主機（Host）、集線器（Hub）和功能設備。主機，也被稱為根、根結或根Hub.它是做在主板上的，或作為適配卡安裝在計算機上。主機包含有主控制器和根集線器（Root hub），它控制著USB總線上的數據和控制信息的流動。每個USB系統只能有一個根集線器，它連接在主控制器上。集線器是USB結構中的特定成分，它提供叫做端口（Port）的點來將設備連接到USB總線上。同時檢測連接在總線上的設備，并為這些設備提供電源管理，負責總線故障檢測和恢復。集線器或是為總線提供能源，或是自身提供能源（從外部得到電源）。自身提供能源的設備可插入總線提供能源的集線器中，總線提供能源的設備不能插入自身提供能源的集線器或支持超過四個的下游端口中。總線提供能源的設備需要超過的100mA電源時，不能同總線提供電源的集線器連接。功能設備通過端口與總線連接。USB設備同時可做Hub使用。例如，USB監視器可以提供USB鼠標和USB鍵盤的端口。USB集線器使用A類連接器，設備使用B類連接器。

　　USB的軟件結構

　　USB通信模塊的基本流圖，主機和設備被分為幾層。實箭頭表示主機上的實際通信。設備上的相應接口根據不同的儀器而不同。主機和設備間的通信最終發生在物理線上，然而，在每一水平層之間存在著邏輯接口。主機中客戶程序軟件與設備功能間的通信代表了設備需求與設備能力之間的約定。

　　每個USB只有一個主機，它包括以下幾層：

　　USB總線接口

　　USB系統

　　USB客戶軟件

　　USB總線接口處理電氣層與協議層的互連。從互連的角度來看，相似的總線接口由設備及主機同時給出，例如串行接口機（SIE）。USB總線接口由主控制器實現。

USB系統用主控制器管理主機與USB設備間的數據傳輸。它與主控制器間的接口依賴于主控制器的硬件定義。同時，USB系統也負責管理USB資源，例如帶寬和總線能量。這使客戶訪問USB成為可能。

　　USB系統有三個基本組件：

　　主控制器驅動程序（HCD）

　　USB驅動程序（USBD）

　　主機軟件

　　主控制器驅動程序能夠更容易的將不同主控制器設備映像到USB系統中。因此客戶可以在不知其設備連接那個主控制器的情況下與設備相互作用。HCD與USBD間的接口叫HCDI,特定的HCDI由支持不同主控制器的操作系統定義。通用主控制器驅動器（UHCD）處于軟結構的最底層，由它來管理和控制主控制器。USB主控制器定義了一個標準硬件接口，以提供一個統一的主控制器可編程接口。UHCD實現了與USB主控制器通信和控制USB主控制器的一些根本細節，并且它對系統軟件的其它部分是隱蔽的。系統軟件中的更高層通過UHCD的軟件接口與主控制器通信。