FPGA基于USB3.0的实时数据采集系统软件设计(3)
1.1.1 USB的发展历程 自1994年11月11 日发布 USB V0.7以来，USB的版本就不断的更新迭代并向下兼容，目前市面上的 USB3.1 版本都是大多数电脑的标准扩展接口了。USB 主要是在主机硬件、操作系统和外设三者的作用下工作起来的，它使用了菊花链的方式，从而可连接多达 127 个的外设设备，主要优点就是便携性、灵活性强，支持热插拔且可独立向外设供电，另外就是能够连接多个设备。下面将介绍 USB1.0、USB2.0 与USB3.0 的主要区别。 USB1.0 总线规范中规定了低速（Low-Speed USB）传输速率为 1.5Mb/s,可向外供电 5V电压[2]，最大电流为500mA，传输速率是较低的，但良好的热插拔特性开始得到广泛的应用；USB1.1总线规范中规定了全新传输速率（Full-Speed USB)为12Mb/s，同时兼容低速的1.5Mb/s速率，具有良好的热插拔特性以及拥有强大的扩展能力，一个 USB接口理论上可以扩展支持127 个 USB 外设设备[4]；在社会科技技术发展进步的条件下，随着人们对数据吞吐量的需要越来越大，尤其是在高速数据采集领域以及视频图像传输场合，便应用而生了高速传输速率（High-Speed USB）为 480Mb/s 的USB2.0总线技术规范[3]，达到了 USB全速的 40倍，同时具有兼容性和支持 Windows、Linux 等广泛的操作系统对其的识别，支持控制传输、中断传输、同步传输和块传输等数据传输协议，不过其不足之处主要在于每次传输数据的方向是单向的，所以它是只能往一个方向的半双工通信，而且实时性不是很好。 目前新的超高速USB3.0 总线接口规范支持5.0Gb/s（Super-Speed USB）的超速传输速率[4]，也即最大的传输速度，已经是 USB2.0 传输速度的 10 倍了，同时具有兼容性，在常规条件下的最大传输距离为 3m。USB3.0 采用了单纯型对偶四线制差分信号线，接口外形如下图1.1 所示，能够进行点对点的全双工数据通信，数据在传输过程中是一个8B/10B的编码，具有超高速的数据约束。线缆采用了多核 SDP 线，共有 6个线缆信号， 4个用于超高速数据传输，2个用于一般传输；相对于 USB2.0 来说，增加了新的电源管理功能，支持待机、睡眠以及暂定模式，更加省电。值得一提的是，2013年，发布了新规范 USB3.1 的标准，相对于 USB3.0 来说，接口方面没有太大的变化，主要在于传输速度变为 USB3.0 的两倍，即 10.0Gb/s。目前就市面上大多数的计算机而言，主板都已经集成了USB3.0 的接口，所以说 USB3.0 的接口技术可以说是未来 USB接口技术的发展方向。
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