通用串行總線 (USB) 外設接口已廣泛應用于所有個人計算平臺及眾多工業(yè)和基礎設施平臺。不過，與此同時，人們對適用于給定應用的 USB 版本，如 USB 1.0，USB 1.1，USB 2.0，On-the-Go (OTG) 或 WirelessUSB (WUSB) 等，還不太清楚。隨著 USB 1.1 規(guī)范的發(fā)布，以及 Microsoft 操作系統(tǒng)為這一標準提供原生支持，這使得 USB 主機接口在 PC 中快速普及，同時也使眾多外設由傳統(tǒng)接口，如串行 (RS-232)、PS-2（鼠標和鍵盤）和并行端口（打印機使用的 Centronix 和 IEEE-1284）等，向這種新型通用接口標準過渡。

隨著 USB 2.0 規(guī)范的發(fā)布，使高速連接成為可能，USB 外設的數(shù)量出現(xiàn)激增，從而大幅改善了最終用戶的使用體驗。本文上半部分討論了 USB 標準的發(fā)展，下半部分將討論常見的應用，并介紹給定應用采用哪種 USB 標準最好。

選用 USB 1.1、USB 2.0、USB OTG 還是 WUSB？

我們不妨先來簡單看看不同 USB 版本之間的差別，以此作為本文的基礎。目前常用的標準為 USB 1.1、USB 2.0、USB OTG 和 WUSB。在許多情況下，這些不同標準會使工程師和最終用戶產(chǎn)生混淆。USB 2.0 是 USB 1.1 的官方正式升級版，提供了如下三種數(shù)據(jù)傳輸速率：

• 1.5 Mbps 的低速 (LS)
• 12 Mbps 的全速 (FS)
• 480 Mbps 的高速 (HS)

前兩種速率的定義與 USB 1.1 完全相同。USB OTG 是USB 2.0 規(guī)范的補充，定義了新的設備類型。此外，還擴展了外設產(chǎn)品的功能，增加了有限的主機功能。OTG 設備能支持 USB 2.0 支持的所有速率。Certified WUSB 是最新的標準擴展版，定義了無線接口，將有線 USB 技術的高速和安全性與無線技術的易用性相結(jié)合。Certified WUSB 通過 WiMedia Alliance 開發(fā)的常見的 WiMedia MB-OFDM 超寬帶 (UWB) 無線電平臺來支持穩(wěn)健的高速無線連接，連接距離為 3 米時最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達 480 Mbps；連接距離為 10 米時最高速率可達 110 Mbps。每種版本都有其優(yōu)缺點。通過全面了解每種技術的成本、功耗及吞吐能力，有助于我們確定哪種標準最適合給定的應用需求。

低速與高速 USB

低速 USB 的最大優(yōu)點就是低成本、低功耗。當數(shù)據(jù)傳輸速率為 1.5 Mbps 時，盡管收發(fā)器的速率很有限，但成本和功耗也很低。其明顯的缺點就是數(shù)據(jù)吞吐能力不高。如果數(shù)據(jù)傳輸速率為 1.5 Mbps 的話，那么實際數(shù)據(jù)吞吐能力還不到 1 Mbps，因為 USB 規(guī)范本身還會有一些開銷。與之相對的高速 USB 數(shù)據(jù)規(guī)范，其數(shù)據(jù)吞吐能力很高，但同時也會導致成本增加，功耗大幅提升。實際 USB 控制器的成本高于全速或低速 USB。電路板實施的成本還會更高，因為相比于 12 Mbps 乃至更低的速率，當速率高達 480 Mbps 時，確保傳輸質(zhì)量就是一個很大的技術問題了。

全速 USB 填補了低速和高速之間的空白，其數(shù)值處于三種矢量之間。

由于 USB OTG 可采用這三種速率中的任何一種，因此在比較 USB OTG 的不同速率版本時，上面討論的問題同樣適用。我們不妨將 OTG 與標準有線 USB 進行比較。USB 規(guī)范最初的目的之一就是通過主機而不是外設完成大部分處理工作，從而實現(xiàn)低成本的外設連接方式。這就決定了 USB 以主機為中心的本質(zhì)，從而有助于大幅降低外設連接實施方案的成本。處理功能的成本主要由 PC 承擔，而不是由外接到總線的不同外設承擔。OTG 改變了這一機制，在標準的 USB 外設上集成了有限的主機功能，不管這種外加的功能多么有限，都會提高外設的成本。成本的提高不僅涉及到支持主機功能的 USB 控制器硅技術，還涉及到整個產(chǎn)品，其中包括與主機功能相配套的更高的存儲器與處理功能要求等。USB OTG 的一大優(yōu)勢在于，它能在沒有電腦的情況下實現(xiàn) USB 設備的數(shù)據(jù)共享。我們在稍后討論有關應用時將給出具體實例和案例研究。

Certified WUSB 相對于有線 USB 的最大優(yōu)勢在于易用性，無需線纜即可在電腦與外設間進行數(shù)據(jù)傳輸。此外，在不用 USB 線纜的情況下，您還能直接為許多外設供電，所需設備可通過標準的 AC 適配器或電池自供電。

人機接口（或輸入）設備 (HID) 應用的實例包括鼠標、跟蹤球、鍵盤、游戲桿和游戲控制器等。通常，這些設備都采用中斷數(shù)據(jù)傳輸方式，并通過主機定期輪詢來確定其是否要向活動應用提供數(shù)據(jù)。鼠標數(shù)據(jù)輪詢的時間間隔通常為 8ms，可傳輸 32 位數(shù)據(jù)；鍵盤的輪詢間隔與鼠標相同，可傳輸數(shù)據(jù)為 64 位。更高級一些的游戲桿和游戲控制器（帶多個按鍵，支持力反饋技術）輪詢間隔也是 8ms，每次請求發(fā)送 6 字節(jié)數(shù)據(jù)，這樣最大數(shù)據(jù)吞吐能力約為 8 Kbps (0.008 Mbps)，比低速傳輸速率 1.5 Mbps 的標準要低很多。不管人們打字或按鍵的速度有多快，都不會超過低速 USB 標準的支持范圍。因此，HID 設備的帶寬消耗很低，近期還不會超出幾個 kbps 的范圍。這種應用低速標準的設備有助于降低成本。

這種設備一般也不會支持主機功能，這是因為添加主機，同時相應要提高處理功能，從而會增加成本，因此這種設備也不會成為全速 OTG 設備。這種設備非常適合作為支持 OTG 設備的外設，比方說便攜式鍵盤，在沒有電腦的情況下，通過該鍵盤可向個人數(shù)字助理 (PDA) 或移動手持終端中鍵入內(nèi)容。不過在這種情況下，我們要考慮當前 USB OTG 規(guī)范規(guī)定的 8 mA 電流能否滿足有關應用的要求，是否需要采用電池。

無線鼠標和鍵盤已問世多年。事實上，我正用這種設備來輸入本文。每種設備都采用制造商專有的無線解決方案，都需要無線收發(fā)器插入標準 USB 端口，以實現(xiàn)到 PC 的連接。在眾多情況下，除非為新設備購買或添加新的收發(fā)器，否則我們不能簡單更新鼠標或鍵盤，也不能在系統(tǒng)中添加更多無線 HID 設備。通過采用 Certified WUSB 支持的標準化實施方案，我們能解決上述問題。任何新的 Certified WUSB 鍵盤、鼠標或游戲桿都能像標準的有線 USB 外設一樣直接連接到系統(tǒng)。就近期而言，我們還需要外置 Certified WUSB 收發(fā)器來支持連接功能，不過在今后幾年，這種 Certified WUSB 收發(fā)器將會集成到電腦中，這樣就不再需要外置收發(fā)器，從而進一步降低了實施外設連接的成本。HID 設備采用無線解決方案的一大劣勢在于，設備需要電池。有線解決方案則能從 USB 線纜獲得所需的所有電力。

海量存儲設備

海量存儲類 (MSC) 設備包括外置硬盤驅(qū)動器 (HDD)、DVD-RW、CD-RW、閃存卡讀卡器、ZIP 驅(qū)動器、磁光盤 (MO) 驅(qū)動器及 USB 閃存驅(qū)動器等。在選擇 USB 速率時，要確保 USB 連接不會成為數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i。舉例來說，圖 1 顯示的是假定沒有瓶頸時數(shù)據(jù)傳輸所需的理想速率，我們由此可以看到不同目標應用需要哪種 USB 速率。如果我們假定帶寬使用為理想狀態(tài)（無開銷），我們就可以分析出在驅(qū)動器和 PC 之間傳輸 1 GB 數(shù)據(jù)所需的時間。

圖 1. 理想狀態(tài)下傳輸 1GB 數(shù)據(jù)所需的時間

顯然，理想帶寬是不現(xiàn)實的。因此，圖 1 中所列的時間要快于在實際應用中的情況。在本例中，只有高速 USB 標準才適合要求。那么接下來的問題是：Certified WUSB 或 OTG 等非標準 USB 實施方案適用于這種應用嗎？

USB 閃存驅(qū)動器本身體積很小，可以方便地從有線 USB 連接獲得電力。因此，這種應用不太適合無線應用。如果用電池電池供電，就會提高成本，同時也不會給最終用戶帶來什么額外的功能。如果閃存驅(qū)動器能支持 OTG 會話功能的話，似乎還有些用，不過也這會增加成本，相對于有限的功能增加來說，反而得不償失。

就那些始終要連接到電腦的“固定式”驅(qū)動器而言，有線 USB 的連接更適用。用戶很可能通過墻上電源連接供電，因為這樣最適合該類型驅(qū)動器的供電需求。如果設備是“移動”或便攜式的，那么 OTG 或 WUSB 可能更為適用。通常，移動設備都不是獨立的設備，而是具備某種消費娛樂功能的設備，例如 MP3 播放器、數(shù)碼相機 (DSC) 等，也可能是通過 HDD 擴展存儲容量的移動電話/PDA 等。無線連接非常適用于上述這些設備。最終用戶只需走到辦公桌前，將設備放在 PC 邊上，由于眾多設備都采用非標準的 USB 連接器，因此立即就能實現(xiàn)文件與 PC 的同步，不用再為找線纜連線而頭疼了。OTG 也是一種合適的選擇，特別適用于相機和打印機的互連，也能讓移動電話/PDA 彼此通信。

數(shù)碼相機

不管分辨率有多高（從 VGA 至 800 多萬像素），數(shù)碼相機 (DSC) 的特點都很相似。目前，所有相機都通過存儲卡來存儲數(shù)碼照片，包括 CF卡、SmartMedia 和 MediaStick 等，當然也有的通過嵌入式硬盤驅(qū)動器來存儲。所有 DSC 都采用電池供電，因此除了電池充電外，通常不需要通過 USB 連接獲得電力。此外，這些設備可脫離計算機工作，只有在進行最后數(shù)據(jù)圖形的編輯、打印、存儲或傳輸時才會連接到計算機。

相機的存儲介質(zhì)類型并不重要，存儲量才是最重要的。如果相機存儲容量較小，那么數(shù)據(jù)很快就會占滿空間，從而需要經(jīng)常傳輸。傳輸頻率高，就需要經(jīng)常清空存儲空間，這樣用戶才能繼續(xù)使用相機。如果相機存儲容量較大，其使用模式就有些像此前說過的外置存儲設備，關鍵是要確保 USB 連接不會成為在相機和電腦間照片傳輸?shù)钠款i。與外置存儲設備一樣，數(shù)據(jù)管道越大，性能就越高。因此，高速 USB 顯然是最佳選擇。對更加關心成本的低端相機來說，要是存儲量不大，也可以采用全速標準來滿足其低成本要求。

DSC 這種終端設備非常適合采用 OTG 技術。如果能到店里找臺打印機，不用連接電腦就能直接把相機中的照片打出來，那確實是非常理想的應用方式。不過問題是，所選的相機和打印機是否在彼此的目標外設列表上。支持 OTG 功能的 DSC 會嘗試采用 USB 設備的“打印機”類驅(qū)動程序，但如果打印機需要特殊驅(qū)動程序才能打印高質(zhì)量相片的話，這就會產(chǎn)生問題。相反，如果讓打印機作為主機，這樣打印機就能支持海量存儲外設，相機與打印機線連就像相機與PC連接一樣，從而可以實現(xiàn)對相機的存取?，F(xiàn)在許多照片打印機都內(nèi)置閃存讀卡器，這對支持 OTG 功能的相機和照片打印機市場都產(chǎn)生了較大影響。

考慮到 DSC 的便攜性，在向 PC 傳輸照片以清空相機的存儲空間時，Certified WUSB 似乎也是一種理想的選擇。不過唯一潛在的問題是，在 DSC 中采用 WUSB 標準，會增加成本，而 DSC 本身對成本控制是非常重視的。不過，我們可以通過這種技術省去連接線纜的麻煩，而且相機本身也不用再配備 USB 接口，這或許會抵消支持 WUSB 標準所帶來的成本問題。顯然，如果 WUSB 還不能做到像目前有線 USB 一樣普及的話，那么取消 DSC 上的 USB 連接器就不可能實現(xiàn)。

便攜式媒體（音頻或視頻）播放器

與 DSC 一樣，便攜式音頻或視頻播放器也涉及到存儲類型與容量的問題。存儲類型有兩種，一是硬盤存儲，二是閃存存儲。就用戶的同步應用而言，前面關于 DSC 的問題同樣也適用于這種設備。對這種設備而言，只有高速 USB 才是真正最適用用的解決方案，不過對極低端的設備而言可能例外。DSC和便攜式媒體播放器 (PMP) 的唯一本質(zhì)區(qū)別在于，PMP 可能在回放中要求支持向 PC 同步實時傳輸數(shù)據(jù)流，或者采用 OTG 技術來直接將實時數(shù)據(jù)流傳送至揚聲器／耳機系統(tǒng)。我們會看到，除了極高端的新一代音頻格式之外，全速 USB 更適用于同步音頻流應用。不過，在處理實時視頻流時，頻寬會猛增到 30 Mbps 左右，因此需要高速連接。與 DSC 類似，這種設備也很適合采用 OTG 和 WUSB 連接。在此情況下，目標外設為揚聲器或耳機，而不是打印機。

移動電話／個人數(shù)字助理 (PDA)

這種設備的使用模式與DSC及PMP比較類似。我們同樣要考慮，需要多大存儲容量？隨著這種設備新增 MP3 播放器、百萬像素相機等更多功能，以及聯(lián)系人數(shù)據(jù)庫的規(guī)模增大，其存儲容量也在迅速擴大。隨著存儲容量的擴大，同步連接也需要采用高速標準。與 DSC 和 PMP 一樣，移動電話和PDA 也非常適合采用 OTG 技術。它們既是率先支持 OTG 功能的設備類型之一，同時也具備 WUSB 實施方案的所有主要特性。這類設備很可能成為率先支持原生 WUSB 功能的設備，而不是通過外接無線適配器來支持。

打印機

與海量存儲設備一樣，打印設備首先要考慮的問題也是，數(shù)據(jù)吞吐能力的瓶頸會發(fā)生在什么地方？激光打印機和噴墨／氣泡噴墨打印機的數(shù)據(jù)吞吐能力要求不一樣。包括數(shù)據(jù)壓縮等在內(nèi)的其它打印機參數(shù)也會影響頻寬要求。不過，這些特性都會影響成本，而成本對消費類設備的影響是至關重要的。

噴墨／氣泡噴墨打印機是消費者最常用的設備。因此，這種設備對成本要求也是最敏感的。為了盡可能降低成本，通常由 PC 負責數(shù)據(jù)壓縮工作，但這要求設備提供更高的數(shù)據(jù)吞吐能力，特別在發(fā)送彩色文件時要求更高。高速 USB 接口可支持打印機最快打印速度（以每分鐘打印頁數(shù)為單位）。對不帶壓縮引擎的打印機而言，理想頻寬可達到 300 Mbps；而對帶有數(shù)據(jù)壓縮引擎的打印機來說，理想頻寬則可降至 10 Mbps 左右，不過這會增加打印機的成本。因此，對帶有壓縮引擎的噴墨打印機來說，消費者盡管可以采用全速 USB 連接，但成本方面還是不合算。因此，高速 USB 連接是更合適的選擇。由于本市場領域中成本非常重要，因此許多打印機仍然采用全速標準，每分鐘打印的頁數(shù)都不多，不過仍然基本滿足消費者的價位需求。

激光打印機面向較高端的市場，因此在成本上要求不是很嚴格。這就可以在打印機中集成壓縮功能，以便分擔部分數(shù)據(jù)處理任務。通常說來，激光打印機的打印速度要高于噴墨打印機。因此，我們需要高帶寬的高速 USB 接口來滿足有關需求。

要是在成本敏感型噴墨打印機市場中實施 Certified WUSB 的話，很可能行不通。而激光打印機市場倒是能夠承受這部分增加的成本。通常來說，激光打印機要滿足 SOHO 辦公應用的需求，更需要在打印機和筆記本電腦之間實現(xiàn)方便的連接。