USB2.0实际传输速度为什么与480mbps相差甚远

USB2.0规范中传输速度是480 Mbps(即60 MB/s)。但是很多USB2.0设备在实际工作时的数据传输速度却与此相差甚远，比如用PC用U盘拷个东西，往往比60MB/s慢很多，这是为什么呢？

其实想想也能知道一些原因，USB总线中传输数据的就一对差分线，单是其要同时支持各种设备（一个USB HOST设备通过USB HUB下面挂多个从设备是可以同时用的），支持双向传输，必然存在复杂的协议，协议上面的开销肯定不少，另外对于其中的单个设备来说也只能得到部分传输带宽。

总的来说，主要有以下几个因素：

USB协议开销，USB带宽的分配，硬件结构，USB设备驱动程序

USB协议开销

在USB数据通信的过程中，总线上传输的并不是所有都是有效信息，还要包括诸如同步信号、类型标识、校验码、握手信号等各种协议信息。因此实际数据传输的速率根本没有可能达到总线传输的极限速度480 Mbps。且对不同的传输类型，存在不同的协议开销。

USB有4中传输模式：控制传输、批量传输、中断传输、同步传输。

根据USB协议，USB2.0的告诉模式，1秒有8个微帧，计算4中模式的最大速度传输如下：

传输类型	数据包长度/Byte	每微帧最大传输次数	最大速度/（MB/s）
控制传输	64	31	15.137
中断传输	1024	3	23.436
批量传输	512	13	50.781
同步传输	1024	3	24.436

控制传输：控制传输是双向传输，数据量通常较小，主要用来进行查询、配置和给 USB 设备发送通用的命令。

中断传输：中断传输方式主要用于定时查询设备是否有中断数据要传送，该传输方式应用在少量的、分散的、不可预测的数据传输场合。键盘，鼠标等。

批量传输：在访问USB总线时，相对其他传输类型具有最低的优先级，USB HOST总是优先安排其他类型的传输，当总线带宽有富余时才安排批量传输，打印机，扫描仪，存储设备等。

同步传输：同步传输适用于以固定速率传输，可以容忍偶尔错误的数据上。实时传输一般用于UVC 摄像头等设备。数据传错时不会重传。

USB带宽的分配

USB协议规定，控制传输应确保在低/全速时能够使用10％的带宽，高速时能够使用20％的带宽。而批量传输并没有保留任何带宽。即批量传输只有在控制传输和其它传输不需要使用其带宽的情况下，方能使用剩下的带宽。因此，尽管总线闲置时批量传输可以在一段时间里尽快地传输大量的数据，但总线忙时批量传输就可能工作很慢。

通常主机同时使用鼠标、键盘、摄像头、打印机和扫描仪等多种USB设备，它们分别采用不同的传输方式。如果开始只有一个设备以批量传输方式独占系统的全部带宽，速度会很快(接近53 MB/s)。但如果新插入的若干设备需要使用控制传输全部20％的保留带宽，那么先前设备批量传输的可用带宽就会下降到原先的80％，传输速度可能变为42 MB/s以下。作为一种更极端情况是批量传输设备插入前，已有设备以控制传输方式完全占有了20％的保留带宽。其它设备也以中断或者同步传输方式共同占据了剩下的80％带宽，那么批量传输设备就会因为没有保留带宽，只能处于等待的状态。

硬件结构

其实常用USB接口的硬件结构如下图，一个USB HUB下面挂了多个设备，即时我们用PC时是直接用的电脑的USB接口，那也是因为厂家把USB HUB做到PC里面了，这样才能有这么多的USB接口。

USB HUB的外设（Device端）所有的数据之和是和HOST端一样的，而HOST端也不能超过480Mb/s，所以480Mb/s的速度是大家共享的，而不是独享。

USB设备驱动程序

USB设备的驱动可以分为设备驱动程序、USB总线驱动程序、USB控制器驱动程序三个部分。应用程序通过使用API函数与USB设备驱动程序联系。USB设备驱动程序通过调用驱动程序完成对设备的数据读写。USB总线驱动程序和USB2.0控制器驱动程序由操作系统提供。设备驱动通过构造URB(USB Request Block)，并传给总线驱动程序来完成与总线驱动程序的通信。

通常情况下设备驱动程序需要频繁产生中断。而设备驱动程序系统优先级并不高，当计算机负荷较重或者有其它优先级较高的中断发生时，它的中断得不到处理而需要等待。如果设备驱动程序向USB总线传递URB的时候设置一个较大的缓冲区.便可减少了中断的频率而减少等待时间。从而提高数据传输的速度。此外，调整驱动程序中诸如命令排队策略、改变请求包大小等措施，也能对USB的数据传输速度产生一定的影响。

综上所述，通常所说的480 Mbps是USB2.0总线速度的上限.考虑通信协议的开销后，实际数据的传输速度存理论上最高也只有53 MB/s(426Mbps).实际综合条件下15 MB/s至25 MB/s都可以作为合理的高速目标。

更多资料，微信公众号：硬件工程师炼成之路。

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