USB 學(xué)習(xí)筆記

剛剛開始接觸USB，記錄一些基本知識。

注：有大量轉(zhuǎn)載別人的內(nèi)容。

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

2.幀：時間概念，在USB中，一幀就是1MS，它是一個獨(dú)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(shè)備到主機(jī)為上行，主機(jī)到設(shè)備為下行。

4. USB數(shù)據(jù)是有二進(jìn)制數(shù)字串構(gòu)成的。數(shù)字串構(gòu)成域（有七種域），域再構(gòu)成包，包再構(gòu)成事務(wù)（IN,OUT,SETUP）,事務(wù)最后構(gòu)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(biāo)示域：PID,4位標(biāo)識符和4位標(biāo)識符反嗎構(gòu)成，共有2^4=16種USB標(biāo)識碼。

　　3）地址域：ADDR,7位地址，代表設(shè)備在主機(jī)上的地址，其中地址000 0000被命名為零地址，是任何設(shè)備第一次連接到主機(jī)，在被主機(jī)配置，枚舉前的默認(rèn)地址?？梢娨粋€USB主機(jī)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(shè)備。

　　4）端點(diǎn)域：ENDP,4位，可知一個USB設(shè)備具有的最多端點(diǎn)數(shù)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(shù)據(jù)域：DATA，長度為0-1024字節(jié)，在不同的傳輸類型中，數(shù)據(jù)域的長度不同，但是必須為整數(shù)個字節(jié)的長度。

　　7）校驗(yàn)域：CRC,對令牌包和數(shù)據(jù)包中非PID域進(jìn)行校驗(yàn)的一種方法。

6. 包：由域構(gòu)成的包有4種類型，分別是令牌包，數(shù)據(jù)包，握手包和特殊包。前面三種是重要的包，不同的包的域結(jié)構(gòu)不同。

　　1）令牌包：可分為輸入包，輸出包，設(shè)置包和幀起始包。

　　其中輸入包，輸出包，設(shè)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(shù)據(jù)包：分為DATA0包和DATA1包。在USB發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，當(dāng)一次發(fā)送的數(shù)據(jù)長度大于相應(yīng)的端點(diǎn)容量時，就需要把數(shù)據(jù)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(dāng)處于同步傳輸中，所有的數(shù)據(jù)包都是DATA0。

　　數(shù)據(jù)包的格式為：

　　SYNC + PID + 0-1023字節(jié) + CRC 16

　　3）握手包：結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，Host無法返回。

7. 事務(wù)：分別由IN，OUT，SETUP這3個事務(wù)。每個事務(wù)都由令牌包，數(shù)據(jù)包，握手包這3個階段構(gòu)成。事務(wù)的3個階段如下：

　　1）令牌包階段：啟動一個輸入，輸出或設(shè)置的事務(wù)。

　　2）數(shù)據(jù)包階段：按輸入，輸出發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

　　3）握手包階段：返回數(shù)據(jù)接收情況，在同步傳輸?shù)腎N事務(wù)和OUT事務(wù)中沒有這個階段。

　　事務(wù)的3種類型如下：

　　1）IN事務(wù)：

　　令牌包階段--主機(jī)發(fā)送一個PID為IN的輸入包給設(shè)備，通知設(shè)備要往主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　數(shù)據(jù)包階段--設(shè)備根據(jù)情況會做出3種反應(yīng)：

　　a. 設(shè)備端點(diǎn)正常，設(shè)備往主機(jī)內(nèi)發(fā)出數(shù)據(jù)，DATA0和DATA1交替發(fā)送。

　　b. 設(shè)備正在繁忙，無法往主機(jī)發(fā)出數(shù)據(jù)包，此時發(fā)送NAK無效包，IN事務(wù)提前結(jié)束，到了下一個IN事務(wù)才繼續(xù)。

　　c. 相應(yīng)設(shè)備端點(diǎn)被禁止，此時發(fā)送STALL錯誤包，事務(wù)提前結(jié)束，總線進(jìn)入空閑狀態(tài)。

　　握手包階段--主機(jī)在正確接收到數(shù)據(jù)后，就會向設(shè)備發(fā)送ACK包。

　　2） OUT事務(wù)：

　　令牌包階段--主機(jī)發(fā)送一個PID為OUT的輸出包給設(shè)備，通知設(shè)備要接收主機(jī)數(shù)據(jù)。

　　數(shù)據(jù)包階段--主機(jī)交替發(fā)送數(shù)據(jù)DATA0和DATA1。

　　握手包階段--設(shè)備根據(jù)情況做出3種反應(yīng)：

　　a. 設(shè)備端點(diǎn)接收正確，設(shè)備向主機(jī)返回ACK包，通知主機(jī)可以發(fā)送新的數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)包發(fā)送了CRC校驗(yàn)數(shù)據(jù)，將不返回任何握手信息。

　　b. 設(shè)備正在忙碌，無法從主機(jī)接收數(shù)據(jù)包就發(fā)送NAK無效包，通知主機(jī)再次發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　c. 相應(yīng)設(shè)備端點(diǎn)被禁止，發(fā)送錯誤STALL包，事務(wù)提前結(jié)束，總線直接進(jìn)入空閑狀態(tài)。

　　3） SETUP事務(wù)：

　　令牌包階段--主機(jī)發(fā)送一個PID為SETUP的輸出包給設(shè)備，通知設(shè)備要接收數(shù)據(jù)。

　　數(shù)據(jù)包階段--主機(jī)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，注意這里只有一個固定為8個字節(jié)的DATA0包，其中就是標(biāo)準(zhǔn)的USB設(shè)備請求指令。

　　握手包階段--設(shè)備接收到主機(jī)的命令信息后，返回ACK包，此后總線進(jìn)入空閑狀態(tài)，并準(zhǔn)備下一個傳輸。一般來說，在SETUP事務(wù)后面通常是一個IN或OUT事務(wù)構(gòu)成的傳輸。

8. 傳輸：由OUT，IN,SETUP事務(wù)構(gòu)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(jié)構(gòu)相同，同步傳輸結(jié)構(gòu)最簡單，控制傳輸時最重要最復(fù)雜的傳輸。（可以記憶為 中批同控）

　　1） 中斷傳輸：由OUT事務(wù)和IN事務(wù)構(gòu)成，通常用于鍵盤，鼠標(biāo)等HID設(shè)備的傳輸中。

　　2） 批量傳輸：由OUT事務(wù)和IN事務(wù)構(gòu)成，用于大容量數(shù)據(jù)傳輸，沒有固定的傳輸速率，也不占用帶寬，當(dāng)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(wù)和IN事務(wù)構(gòu)成。它簡單在于2個地方，一是在同步傳輸?shù)腎N和OUT事務(wù)中沒有返回包階段的；一是在數(shù)據(jù)包所有階段中均為DATA0。

　　4） 控制傳輸：最重要也是最復(fù)雜的傳輸方式?？刂苽鬏斢?個階段構(gòu)成（初始設(shè)置階段，可選數(shù)據(jù)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(dú)的傳輸構(gòu)成，用來在USB設(shè)備初次連接到主機(jī)后，主機(jī)通過控制傳輸來交換信息，設(shè)備地址和讀取設(shè)備的描述符，使得主機(jī)識別設(shè)備，并安裝相應(yīng)的驅(qū)動程序。

　　a. 初始設(shè)置階段：這是個有SETUP事務(wù)構(gòu)成的傳輸。

　　b. 可選數(shù)據(jù)階段：就是一個由IN或OUT事務(wù)構(gòu)成的傳輸，這個階段取決于初始設(shè)置階段有沒有要求讀寫數(shù)據(jù)。（由SETUP事務(wù)的數(shù)據(jù)包階段發(fā)送的標(biāo)準(zhǔn)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(wù)構(gòu)成的傳輸，但是這里的IN，OUT事務(wù)和之前的IN，OUT事務(wù)有2點(diǎn)不同。1是傳輸方向相反，通常IN表示設(shè)備往主機(jī)內(nèi)送數(shù)據(jù)，OUT表示主機(jī)往設(shè)備里送數(shù)據(jù)；這里恰好相反，IN表示向設(shè)備里面?zhèn)魉蛿?shù)據(jù)，OUT表示數(shù)據(jù)向主機(jī)里送數(shù)據(jù)，這是為了和可選數(shù)據(jù)階段向結(jié)合。2是這個階段里，數(shù)據(jù)包都是0長度，即SYNC + PID + CRC 16。

9. 標(biāo)識碼，在USB2.0中有16個標(biāo)識符。這個部分待編輯。

10. USB主機(jī)識別USB設(shè)備的過程：

　　1）接入態(tài)（Attached）：設(shè)備接入主機(jī)后，主機(jī)通過檢測信號線上的電平變化來發(fā)現(xiàn)設(shè)備接入。

　　2）供電態(tài)（Powered）: 就是給設(shè)備供電，分為設(shè)備接入時的默認(rèn)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(jī)進(jìn)行通信。

　　4）地址態(tài)（Address）: 經(jīng)過配置，USB設(shè)備被復(fù)位后，就可以按主機(jī)分配給它的唯一地址和主機(jī)進(jìn)行通信。

　　5）配置態(tài)（Configured）：通過各種標(biāo)準(zhǔn)的USB請求命令來獲取設(shè)備的各種信息，并對設(shè)備的某項(xiàng)信息進(jìn)行改變或設(shè)置。

　　6）掛起態(tài)（Suspecned）：總線供電設(shè)備在3ms內(nèi)沒有總線操作，自動進(jìn)入掛起狀態(tài)。

11. USB設(shè)備請求命令，這是在控制傳輸中的初始設(shè)置步驟的中數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)，由5個字段構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)請求命令代碼的核心，這些命令代碼決定了11個USB標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備分配地址
（4） 6? GET_DESCRIPTOR：用于主機(jī)獲取設(shè)備的特定描述符
（5） 7? SET_DESCRIPTOR：修改設(shè)備中有關(guān)的描述符，或者增加新的描述符
（6） 8? GET_CONFIGURATION：用于主機(jī)獲取設(shè)備當(dāng)前設(shè)備的配置值（注同上面的不同）?
（7） 9? SET_CONFIGURATION：用于主機(jī)指示設(shè)備采用的要求的配置
（8） 10 GET_INTERFACE：用于獲取當(dāng)前某個接口描述符編號
（9） 11 SET_INTERFACE：用于主機(jī)要求設(shè)備用某個描述符來描述接口
（10）12 SYNCH_FRAME：用于設(shè)備設(shè)置和報告一個端點(diǎn)的同步幀

?這11個命令是控制傳輸?shù)暮诵?，控制傳輸是USB的核心。

12. 描述符號：Descriptor，是一個完整的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以通過c編程實(shí)現(xiàn)，并存儲在USB設(shè)備中，用于描述一個USB設(shè)備的所有屬性，USB主機(jī)通過一系列命令來要求設(shè)備發(fā)送這些信息。標(biāo)準(zhǔn)的描述分為以下幾種：

　　1--設(shè)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(diǎn)描述符

　　其中一個設(shè)備只有一個描述符，而一個設(shè)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(diǎn)就有幾個端點(diǎn)描述符。??