1. 核心概念
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定义：
USB 控制器是硬件芯片或模块，负责管理 USB 协议的数据传输，实现设备与主机（如 PC、手机）之间的通信。- 主机控制器：位于主机端（如 PC 主板），控制所有连接的 USB 设备（如 U 盘、键盘）。
- 设备控制器：位于 USB 设备内部（如鼠标、摄像头），处理与主机的交互。
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核心功能：
- 协议解析（数据包封装 / 解封装）
- 数据传输（批量、中断、同步、控制传输）
- 电源管理（如 USB 供电控制）
- 端点（Endpoint）管理（逻辑通信通道）
2. 主机控制器类型
| 类型 | 标准 | 速率 | 特点 |
|---|---|---|---|
| UHCI | USB 1.1 | 1.5/12 Mbps | Intel 主导，需 CPU 参与数据传输（效率低） |
| OHCI | USB 1.1 | 1.5/12 Mbps | 非 Intel 阵营（如 NVIDIA），支持 DMA |
| EHCI | USB 2.0 | 480 Mbps | 仅处理高速设备（USB 2.0） |
| xHCI | USB 3.0/3.1+ | 5/10/20 Gbps | 统一支持 USB 2.0/3.0/3.1，主流现代标准 |
3. 设备控制器类型
- 片上 USB 控制器：集成在微控制器（MCU）或 SoC 中（如 STM32 的 USB 外设）。
- 独立 USB 芯片：通过 SPI/I²C 与主控通信（如 FTDI 的 FT232H 串口转 USB 芯片）。
- 专用协议控制器：支持特定协议（如 USB PD 快充控制器）。
4. 技术细节
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关键模块：
- 串行接口引擎（SIE）：处理 USB 数据包的编码 / 解码。
- 端点缓冲区：存储待发送或接收的数据。
- PHY（物理层）：处理电气信号（如 USB 差分信号）。
- DMA 控制器：直接内存访问，减少 CPU 负载。
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开发工具：
- USB 协议分析仪（如 TotalPhase Beagle）
- USB-IF 认证工具（确保符合规范）
- 芯片厂商 SDK（如 Cypress FX3 SDK、Microchip MPLAB）
5. 应用场景
- 消费电子：手机、平板、外设（键盘 / 鼠标）。
- 工业设备：数据采集卡、PLC 控制器。
- 嵌入式系统：物联网传感器（通过 USB 与网关通信）。
- 扩展坞：通过 USB 控制器实现多接口扩展（HDMI / 网口）。
6. 常见问题与调试
- 驱动问题：
- 设备未被识别 → 检查设备描述符（PID/VID）或更新驱动。
- 数据传输错误 → 验证端点配置和缓冲区大小。
- 兼容性问题：
- USB 2.0 设备连接 USB 3.0 端口异常 → 检查 xHCI 控制器设置（如关闭 “USB Legacy Support”）。
