簡單歸納USB設備開發(fā)必備的基礎(chǔ)知識

二、USB的低速模式和全速模式，采用的是電壓傳輸模式。高速模式，則采用的是電流傳輸模式。

a、USB傳輸速率：USB1.1是12M/s；USB2.0是480M/s （其他通信接口：PS2 10M/s;并口 8M/s; R-232 20KB/S）高速 480M/s，全速12M/s，低速1.5M/s

b、平時無數(shù)據(jù)傳輸時，總線處于空閑狀態(tài)。當需要傳輸一次事務時，主機發(fā)送一個令牌包，它可以是OUT令牌包、IN令牌包或者是PING令牌包，其中PING令牌包是USB2.0高速模式輸出特有的，全速模式和低速模式?jīng)]有這個令牌包。

c、USB拓撲結(jié)構(gòu)，一個HOST做多可接6層，每層最多允許接5個Device，總共同時可接127個Device（實際不會做到那么多）。

d、 USB信號編碼方式：反向不歸零編碼（0變1不變）

三、USB描述符間的關(guān)系

a、設備描述符--決定了有多少種配置

b、配置描述符--定義了有多少個接口

c、接口描述符--定義了該接口有多少個端點

d、（類特殊描述符，如果有，在接口描述符之后）

e、端點描述符--定義端點的大小、類型

(主機首先會獲取設備描述符，再獲取配置描述符，再獲取接口描述符，根據(jù)配置描述符中的配置集合總長度，一次將配置描述符、接口描述符、類特殊描述符（如果有）、端點描述符一次讀回)

f、字符串描述符--是單獨獲取，主機發(fā)送字符串描述符請求以及字符串索引號、語言ID來獲取對應的字符串描述符。

四、USB設備的枚舉過程

a、檢測到USB插入，就對設備進行復位，復位后USB設備再總線上的地址為0。USB主機往地址0的設備的端點0發(fā)送設備描述符的標準請求（控制傳輸?shù)慕⑦^程）。然后，USB設備收到請求，按照主機要求返回設備描述符給到主機。主機成功獲取并確認正確后就返回一個0長度的確認數(shù)據(jù)包給設備，從而進入到下一階段的設置地址階段。

b、主機對設備再復位一次。這時進入設置地址階段。USB主機往地址0發(fā)出一個設置地址的請求（控制傳輸?shù)慕⑦^程），新設備地址包含在建立過程的數(shù)據(jù)包中。主機分配一個地址給剛插入的設備。USB設備收到這個建立過程后，就進入到狀態(tài)過程，因為這個控制傳輸沒有數(shù)據(jù)過程。設備等待主機請求狀態(tài)返回一個輸入令牌包，收到輸入令牌包后，設備就返回0長度的狀態(tài)數(shù)據(jù)包。主機收到并確認，返回ACK應答包給設備，設備收到ACK后就開始啟用新地址。

c、主機再次獲取設備描述符（使用新設備地址，而不是地址0）。需要獲取全部18字節(jié)的設備描述符，如果端點0最大包小于18字節(jié)，主機則對此請求數(shù)據(jù)輸入，發(fā)送多個IN令牌包。

d、主機獲取配置描述符，再根據(jù)配置描述符的描述獲取配置集合總長度（獲取配置集合）。配置集合包括配置描述符、接口描述符、類特殊描述符（如果有）、端點描述符等。后三個不能單獨獲取，要以集合方式返回。

e、此外，字符串描述符，報告描述符等，有的話都是要單獨獲取的。

五、USB包結(jié)構(gòu)

包的6部分組成

a、同步字段（SYNC）--同步域告訴USB的串行接口引擎數(shù)據(jù)要開始傳輸了。同步主機端和設備端的數(shù)據(jù)時鐘。

b、包標識符（PID）--標識包的類型，總共8位，USB協(xié)議只用到4位（PD0~3），另外4位是PD0~3的取反，用來校驗PID。

c、USB協(xié)議規(guī)定四類包

1、令牌包（token packet.PID1~0為01）

2、數(shù)據(jù)包（data packet.PID1~0為11）

3、握手包（handshake packet.PID1~0為10）

4、特殊包（special packet.PID1~0為00）

d、地址字段（ADDR）

e、數(shù)據(jù)字段（DATA，包括幀號）

f、檢驗字段（CRC）

g、包結(jié)束（EOP）--全速、低速設備的EOP是一個大約為2個數(shù)據(jù)位寬度的單端0（SE0）信號。SE0就是D-D+都是低電平。

USB2.0定義的各種PID

六、USB四種傳輸類型

a、批量傳輸（批量事務bulk transation）

i、一次批量事務有三個階段：令牌包階段、數(shù)據(jù)包階段、握手包階段。每個階段都是獨立的包。

ii、批量輸出事務

1、發(fā)一個OUT令牌包（包含設備地址、端點號）

2、發(fā)一個數(shù)據(jù)包（數(shù)據(jù)包類型看數(shù)據(jù)切換位）。地址和端點匹配的設備就收下這個數(shù)據(jù)包。

3、主機切換到接受模式，等設備返回握手包。

* 返回ACK或者NYET（高速模式下），設備解碼令牌包、數(shù)據(jù)包都正確無誤，并且有足夠緩沖區(qū)來保存數(shù)據(jù)。

* 返回NAK，數(shù)據(jù)正確，并且沒有能力接收下一次傳輸，沒有足夠的緩沖區(qū)保存數(shù)據(jù)。

* 返回STALL，設備數(shù)據(jù)正確，但是端點處于掛起狀態(tài)。

* 設備檢測數(shù)據(jù)有錯誤，不做響應，讓主機等待超時

iii、批量輸入事務

1、發(fā)一個IN令牌包（包含設備地址、端點號）

2、主機切換到接受狀態(tài)，等待設備返回數(shù)據(jù)。

b、中斷傳輸

跟硬件中斷是不一樣的，不是設備發(fā)出的一個中斷請求，而是主機設備主動保證在不大于某個時間間隔內(nèi)安排一次傳輸。

中斷傳輸用于傳輸數(shù)據(jù)量不大，對時間比較嚴格的設備中。如HID設備的鼠標、鍵盤等。

c、同步傳輸

數(shù)據(jù)量大，實時性高的場合。數(shù)據(jù)出錯不重傳，沒有應答包。

d、控制傳輸

i、有三個過程：建立過程，可選的數(shù)據(jù)過程，狀態(tài)過程

建立過程--使用建立事務（一個輸出數(shù)據(jù)的過程），和批量傳輸?shù)妮敵鍪聞沼袔讉€點不一樣。令牌包不一樣，建立過程使用的是SETUP令牌包，數(shù)據(jù)包類型不一樣，SETUP只能使 用DATA0包，握手包不一樣，只能使用ACK應答（除非出錯不應答）

數(shù)據(jù)過程--（可選，控制傳輸可能沒有數(shù)據(jù)過程），可以包含一筆或者多筆數(shù)據(jù)事務，和批量傳輸?shù)呐渴聞找粯?。控制寫傳輸中，?shù)據(jù)過程的所有數(shù)據(jù)事務都是輸出。控制讀傳輸中，數(shù)據(jù)過程的所有數(shù)據(jù)事務都是輸入。

狀態(tài)過程--也是一筆批量事務，跟數(shù)據(jù)過程相反，控制寫傳輸在狀態(tài)過程是一個批量輸入事務?？刂谱x傳輸在狀態(tài)過程是一個批量輸出事務。狀態(tài)過程只是用DATA1包。

ii、控制傳輸要保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?。如設備枚舉過程，各種描述符的獲取、地址信息、設備配置信息等都是控制傳輸。

七、端點類型和傳輸類型的關(guān)系

a、一個具體的端點，只能工作在一種傳輸模式下。工作在什么模式下的端點，就叫做什么端點。如控制端點、批量端點。

b、端點0是每一個USB設備都默認的控制端點。上電就存在且可用。

八、傳輸類型和端點的最大包長

a、控制傳輸?shù)亩它c

低速模式：固定8字節(jié)

高速模式：固定64字節(jié)

全速模式：8、16、32、64字節(jié)可選

b、同步傳輸?shù)亩它c

低速模式：不支持同步

高速模式：上限1024字節(jié)

全速模式：上限1023字節(jié)

c、中斷傳輸?shù)亩它c

低速模式：上限8字節(jié)

高速模式：上限1024字節(jié)

全速模式：上限64字節(jié)

d、批量傳輸?shù)亩它c

低速模式：不支持批量傳輸

高速模式：固定512字節(jié)

全速模式：8、16、32、64字節(jié)可選

審核編輯：劉清