USB 學習筆記

剛剛開始接觸USB，記錄一些基本知識。

注：有大量轉載別人的內容。

1.端點：位于USB設備或主機上的一個數據緩沖區(qū)，用來存放和發(fā)送USB的各種數據，每一個端點都有惟一的確定地址，有不同的傳輸特性（如輸入端點、輸出端點、配置端點、批量傳輸端點）。

2.幀：時間概念，在USB中，一幀就是1MS，它是一個獨立的單元，包含了一系列總線動作，USB將1幀分為好幾份，每一份中是一個USB的傳輸動作。

3.上行、下行：設備到主機為上行，主機到設備為下行。

4. USB數據是有二進制數字串構成的。數字串構成域（有七種域），域再構成包，包再構成事務（IN,OUT,SETUP）,事務最后構成傳輸（中斷傳輸，并行傳輸，批量傳輸，控制傳輸）。

5. 域：是USB最小的單位，由若干位組成，可以分為7個類型：

　　1）同步域：SYNC，8位，值固定為0000 0001，用于本地時鐘和輸入同步。

　　2）標示域：PID,4位標識符和4位標識符反嗎構成，共有2^4=16種USB標識碼。

　　3）地址域：ADDR,7位地址，代表設備在主機上的地址，其中地址000 0000被命名為零地址，是任何設備第一次連接到主機，在被主機配置，枚舉前的默認地址?？梢娨粋€USB主機最多可分配的地址為2^7 - 1 =127，這意味著只能最多連接127個USB設備。

　　4）端點域：ENDP,4位，可知一個USB設備具有的最多端點數量為16個。

　　5）幀號域：FRAM,11位，每個幀都有一個特定幀號，幀號域最大容量為0x7FF。

　　6）數據域：DATA，長度為0-1024字節(jié)，在不同的傳輸類型中，數據域的長度不同，但是必須為整數個字節(jié)的長度。

　　7）校驗域：CRC,對令牌包和數據包中非PID域進行校驗的一種方法。

6. 包：由域構成的包有4種類型，分別是令牌包，數據包，握手包和特殊包。前面三種是重要的包，不同的包的域結構不同。

　　1）令牌包：可分為輸入包，輸出包，設置包和幀起始包。

　　其中輸入包，輸出包，設置包的格式相同：

　　SYNC + PID + ADDR + ENDP + CRC 5

　　幀起始包的格式為：

　　SYNC + PID + FRAM 11 + CRC 5

　　2) 數據包：分為DATA0包和DATA1包。在USB發(fā)送數據的時候，當一次發(fā)送的數據長度大于相應的端點容量時，就需要把數據包分為好幾個包，分批發(fā)送，并且DATA0和DATA1包交替發(fā)送。但是當處于同步傳輸中，所有的數據包都是DATA0。

　　數據包的格式為：

　　SYNC + PID + 0-1023字節(jié) + CRC 16

　　3）握手包：結構為：

　　SYNC + PID

　　握手包有4種普通形式和1種特殊形式：

　　a. ACK 表示數據包接收成功。對于Host,ACK在IN傳輸中返回；對于function在PING,OUT，SETUP過程中返回。

　　b. NAK 表示function無法輸出或者輸入數據，Host無法返回。

7. 事務：分別由IN，OUT，SETUP這3個事務。每個事務都由令牌包，數據包，握手包這3個階段構成。事務的3個階段如下：

　　1）令牌包階段：啟動一個輸入，輸出或設置的事務。

　　2）數據包階段：按輸入，輸出發(fā)送相應的數據。

　　3）握手包階段：返回數據接收情況，在同步傳輸的IN事務和OUT事務中沒有這個階段。

　　事務的3種類型如下：

　　1）IN事務：

　　令牌包階段--主機發(fā)送一個PID為IN的輸入包給設備，通知設備要往主機發(fā)送數據。

　　數據包階段--設備根據情況會做出3種反應：

　　a. 設備端點正常，設備往主機內發(fā)出數據，DATA0和DATA1交替發(fā)送。

　　b. 設備正在繁忙，無法往主機發(fā)出數據包，此時發(fā)送NAK無效包，IN事務提前結束，到了下一個IN事務才繼續(xù)。

　　c. 相應設備端點被禁止，此時發(fā)送STALL錯誤包，事務提前結束，總線進入空閑狀態(tài)。

　　握手包階段--主機在正確接收到數據后，就會向設備發(fā)送ACK包。

　　2） OUT事務：

　　令牌包階段--主機發(fā)送一個PID為OUT的輸出包給設備，通知設備要接收主機數據。

　　數據包階段--主機交替發(fā)送數據DATA0和DATA1。

　　握手包階段--設備根據情況做出3種反應：

　　a. 設備端點接收正確，設備向主機返回ACK包，通知主機可以發(fā)送新的數據，如果數據包發(fā)送了CRC校驗數據，將不返回任何握手信息。

　　b. 設備正在忙碌，無法從主機接收數據包就發(fā)送NAK無效包，通知主機再次發(fā)送數據。

　　c. 相應設備端點被禁止，發(fā)送錯誤STALL包，事務提前結束，總線直接進入空閑狀態(tài)。

　　3） SETUP事務：

　　令牌包階段--主機發(fā)送一個PID為SETUP的輸出包給設備，通知設備要接收數據。

　　數據包階段--主機設備發(fā)送數據，注意這里只有一個固定為8個字節(jié)的DATA0包，其中就是標準的USB設備請求指令。

　　握手包階段--設備接收到主機的命令信息后，返回ACK包，此后總線進入空閑狀態(tài)，并準備下一個傳輸。一般來說，在SETUP事務后面通常是一個IN或OUT事務構成的傳輸。

8. 傳輸：由OUT，IN,SETUP事務構成，有4種類型，中斷傳輸，批量傳輸，同步傳輸，控制傳輸。其中中斷傳輸和批量傳輸結構相同，同步傳輸結構最簡單，控制傳輸時最重要最復雜的傳輸。（可以記憶為 中批同控）

　　1） 中斷傳輸：由OUT事務和IN事務構成，通常用于鍵盤，鼠標等HID設備的傳輸中。

　　2） 批量傳輸：由OUT事務和IN事務構成，用于大容量數據傳輸，沒有固定的傳輸速率，也不占用帶寬，當總線忙時，USB會優(yōu)先其他類型的傳輸而暫時停止批量傳輸。

　　3） 同步傳輸：由OUT事務和IN事務構成。它簡單在于2個地方，一是在同步傳輸的IN和OUT事務中沒有返回包階段的；一是在數據包所有階段中均為DATA0。

　　4） 控制傳輸：最重要也是最復雜的傳輸方式?？刂苽鬏斢?個階段構成（初始設置階段，可選數據階段，狀態(tài)信息階段）。其中的每一個階段可以看出一個單獨的傳輸構成，用來在USB設備初次連接到主機后，主機通過控制傳輸來交換信息，設備地址和讀取設備的描述符，使得主機識別設備，并安裝相應的驅動程序。

　　a. 初始設置階段：這是個有SETUP事務構成的傳輸。

　　b. 可選數據階段：就是一個由IN或OUT事務構成的傳輸，這個階段取決于初始設置階段有沒有要求讀寫數據。（由SETUP事務的數據包階段發(fā)送的標準請求命令決定）。

　　c. 狀態(tài)信息階段：獲取狀態(tài)信息，由IN或OUT事務構成的傳輸，但是這里的IN，OUT事務和之前的IN，OUT事務有2點不同。1是傳輸方向相反，通常IN表示設備往主機內送數據，OUT表示主機往設備里送數據；這里恰好相反，IN表示向設備里面?zhèn)魉蛿祿琌UT表示數據向主機里送數據，這是為了和可選數據階段向結合。2是這個階段里，數據包都是0長度，即SYNC + PID + CRC 16。

9. 標識碼，在USB2.0中有16個標識符。這個部分待編輯。

10. USB主機識別USB設備的過程：

　　1）接入態(tài)（Attached）：設備接入主機后，主機通過檢測信號線上的電平變化來發(fā)現設備接入。

　　2）供電態(tài)（Powered）: 就是給設備供電，分為設備接入時的默認供電值，配置階段后的供電值。

　　3）缺省態(tài)（Default）: USB在配置之前，通過缺省地址0和主機進行通信。

　　4）地址態(tài)（Address）: 經過配置，USB設備被復位后，就可以按主機分配給它的唯一地址和主機進行通信。

　　5）配置態(tài)（Configured）：通過各種標準的USB請求命令來獲取設備的各種信息，并對設備的某項信息進行改變或設置。

　　6）掛起態(tài)（Suspecned）：總線供電設備在3ms內沒有總線操作，自動進入掛起狀態(tài)。

11. USB設備請求命令，這是在控制傳輸中的初始設置步驟的中數據包階段中發(fā)送的。即DATA0，共8個字節(jié)，共有11個命令，具有相同的結構，由5個字段構成。

bmRequestType(1) + bRequest(1) + wValue(2) + wIndex(2) + wLength(2)

其中

1) bmRequestType：D7D6D5D4D3D2D1D0

2) bRequest 為請求命令代碼，是標準請求命令代碼的核心，這些命令代碼決定了11個USB標準請求指令。

（0） 0? GET_STATUS：用來返回特定接收者的狀態(tài)
（1） 1? CLEAR_FEATURE：用來清除或禁止接收者的某些特性
（2） 3? SET_FEATURE：用來啟用或激活命令接收者的某些特性
（3） 5? SET_ADDRESS：用來給設備分配地址
（4） 6? GET_DESCRIPTOR：用于主機獲取設備的特定描述符
（5） 7? SET_DESCRIPTOR：修改設備中有關的描述符，或者增加新的描述符
（6） 8? GET_CONFIGURATION：用于主機獲取設備當前設備的配置值（注同上面的不同）?
（7） 9? SET_CONFIGURATION：用于主機指示設備采用的要求的配置
（8） 10 GET_INTERFACE：用于獲取當前某個接口描述符編號
（9） 11 SET_INTERFACE：用于主機要求設備用某個描述符來描述接口
（10）12 SYNCH_FRAME：用于設備設置和報告一個端點的同步幀

?這11個命令是控制傳輸的核心，控制傳輸是USB的核心。

12. 描述符號：Descriptor，是一個完整的數據結構，可以通過c編程實現，并存儲在USB設備中，用于描述一個USB設備的所有屬性，USB主機通過一系列命令來要求設備發(fā)送這些信息。標準的描述分為以下幾種：

　　1--設備描述符

　　2--配置描述符

　　3--字符描述符

　　4--接口描述符

　　5--端點描述符

　　其中一個設備只有一個描述符，而一個設備可以包含幾個配置描述符，而一個配置描述符可以包含多個接口描述符，一個接口使用了幾個端點就有幾個端點描述符。??