usb通信中工作模式：主机模式和设备模式
一. 简介
本文简单来学习一下，usb通信中的工作模式：主机模式和设备模式。
USB 通信中明确区分 “主机模式（Host Mode）” 和 “设备模式（Device Mode）”，这是 USB 总线架构的核心逻辑 ——USB 采用 “主从式通信”，必须由 “主机” 主动发起和控制通信，“设备” 只能被动响应主机的指令，二者角色不可随意互换（除非支持 “OTG 模式” 实现角色切换）。
二. usb通信中工作模式：主机模式和设备模式
1. 核心区别：角色、功能与责任
USB 主机和设备的定位、功能完全不同，具体差异可通过下表清晰区分：
| 维度 | 主机模式（Host） | 设备模式（Device） |
|---|---|---|
| 核心角色 | 总线管理者、通信发起者（主设备） | 通信响应者、功能执行者（从设备） |
| 通信控制权 | 完全掌控：主动发起设备枚举、分配地址、发送指令、调度数据传输 | 无控制权：仅在主机发出指令后，按协议规则响应（如上传 / 接收数据） |
| 硬件与协议要求 | 需集成 “USB 主机控制器”（如电脑的 USB 主控芯片），支持 USB 协议中 “主机侧” 的全部逻辑（如枚举、带宽分配） | 需集成 “USB 设备控制器”（如优盘、鼠标的 USB 芯片），支持协议中 “设备侧” 逻辑（如响应枚举、按端点传输数据） |
| 供电能力 | 通常为总线供电：通过 USB 线缆向低功耗设备提供 5V 电压（如电脑 USB 口输出电流一般为 500mA/900mA） | 通常为受电端：从主机获取供电（如鼠标、优盘）；高功耗设备（如移动硬盘）可能需额外独立供电 |
| 典型设备案例 | 电脑（笔记本 / 台式机）、路由器 USB 口、部分智能电视 / 车载系统 | 优盘、移动硬盘、鼠标、键盘、打印机、手机（连接电脑时）、摄像头 |
2. 关键通信流程：主机主导的 “枚举过程”
USB 设备要实现通信，必须先经过主机发起的 “枚举过程”（设备无法主动 “找主机”），这一流程更能体现二者的角色差异：
(1) 物理连接：设备插入主机 USB 口，主机检测到线缆的 “D+” 或 “D-” 线（根据设备速率）有上拉电阻（如全速设备拉 D+，低速设备拉 D-），判断有设备接入；
(2) 供电与复位：主机向设备提供 5V 供电，随后发送 “复位信号”，让设备进入初始状态；
(3) 枚举协商：主机通过 “默认地址（0x00）” 向设备发送指令，读取设备的 “描述符”（如设备类型、支持的协议版本、端点信息等）；
(4) 分配地址与配置：主机为设备分配唯一的 “USB 地址”（1-127），并根据设备描述符配置通信参数（如带宽、传输模式）；
(5) 通信就绪：配置完成后，主机可通过分配的地址向设备发送具体指令（如读取优盘数据、控制鼠标光标），设备被动响应。
3. OTG 模式 —— 实现 “角色切换”
传统 USB 设备只能固定工作在 “主机” 或 “设备” 模式（如电脑只能当主机，优盘只能当设备），但支持 USB OTG（On-The-Go，即插即用） 的设备（如手机、平板），可通过 OTG 线缆实现 “主机 / 设备模式切换”，解决 “设备与设备直接通信” 的需求（如手机直接读取优盘、连接键盘）。
例如：手机插普通 USB 线连接电脑时，手机工作在设备模式（被电脑识别为 “外部存储” 或 “调试设备”）；
手机通过 OTG 线连接优盘时，手机切换为主机模式（主动枚举优盘、读取数据）。
三. 总结
USB 通信的 “主机模式” 和 “设备模式” 是基于 “主从架构” 的核心设计：
- 主机是 “管理者”，负责发起通信、控制总线；
- 设备是 “执行者”，仅响应主机指令；
- 二者角色固定，除非设备支持 OTG 模式才能动态切换。
这一设计确保了 USB 总线的有序性 —— 避免多设备同时发起通信导致的冲突，也是 USB 设备能 “即插即用” 的关键基础。