关于USB的8个基础问题及答案

关于USB的8个基础问题及答案

问题一：USB的传输线结构是如何的呢?

答案一：一条USB的传输线分别由地线、电源线、D+、D-四条线构成，D+和D-是差分输入线，它使用的是3.3V的电压(注意哦，与CMOS的5V电平不同)，而电源线和地线可向设备提供5V电压，最大电流为500MA(可以在编程中设置的，至于硬件的实现机制，就不要管它了)。

问题二：数据是如何在USB传输线里面传送的

答案二：数据在USB线里传送是由低位到高位发送的。

问题三：USB的编码方案?

答案三：USB采用不归零取反来传输数据，当传输线上的差分数据输入0时就取反，输入1时就保持原值，为了确保信号发送的准确性，当在USB总线上发送一个包时，传输设备就要进行位插入***作(即在数据流中每连续6个1后就插入一个0)，从而强迫NRZI码发生变化。这个了解就行了，这些是由专门硬件处理的。

问题四：USB的数据格式是怎么样的呢?

答案四：和其他的一样，USB数据是由二进制数字串构成的，首先数字串构成域(有七种)，域再构成包，包再构成事务(IN、OUT、SETUP)，事务最后构成传输(中断传输、并行传输、批量传输和控制传输)。下面简单介绍一下域、包、事务、传输，请注意他们之间的关系。

(一)域：是USB数据最小的单位，由若干位组成(至于是多少位由具体的域决定)，域可分为七个类型：

1、同步域(SYNC)，八位，值固定为0000 0001，用于本地时钟与输入同步

2、标识域(PID)，由四位标识符+四位标识符反码构成，表明包的类型和格式，这是一个很重要的部分，这里可以计算出，USB的标识码有16种，具体分类请看问题五。

3、地址域(ADDR)：七位地址，代表了设备在主机上的地址，地址000 0000被命名为零地址，是任何一个设备第一次连接到主机时，在被主机配置、枚举前的默认地址，由此可以知道为什么一个USB主机只能接127个设备的原因。

4、端点域(ENDP)，四位，由此可知一个USB设备有的端点数量最大为16个。

5、帧号域(FRAM)，11位，每一个帧都有一个特定的帧号，帧号域最大容量0x800，对于同步传输有重要意义(同步传输为四种传输类型之一，请看下面)。

6、数据域(DATA)：长度为0~1023字节，在不同的传输类型中，数据域的长度各不相同，但必须为整数个字节的长度

7、校验域(CRC)：对令牌包和数据包(对于包的分类请看下面)中非PID域进行校验的一种方法，CRC校验在通讯中应用很泛，是一种很好的校验方法，至于具体的校验方法这里就不多说，请查阅相关资料，只须注意CRC码的除法是模2运算，不同于10进制中的除法。

(二)包：由域构成的包有四种类型，分别是令牌包、数据包、握手包和特殊包，前面三种是重要的包，不同的包的域结构不同，介绍如下

1、令牌包：可分为输入包、输出包、设置包和帧起始包(注意这里的输入包是用于设置输入命令的，输出包是用来设置输出命令的，而不是放据数的)

其中输入包、输出包和设置包的格式都是一样的：

SYNC+PID+ADDR+ENDP+CRC5(五位的校验码)

(上面的缩写解释请看上面域的介绍，PID码的具体定义请看问题五)

帧起始包的格式：

SYNC+PID+11位FRAM+CRC5(五位的校验码)

2、数据包：分为DATA0包和DATA1包，当USB发送数据的时候，当一次发送的数据长度大于相应端点的容量时，就需要把数据包分为好几个包，分批发送，DATA0包和DATA1包交替发送，即如果第一个数据包是DATA0，那第二个数据包就是DATA1。但也有例外情况，在同步传输中(四类传输类型中之一)，所有的数据包都是为DATA0，格式如下：

SYNC+PID+0~1023字节+CRC16

3、握手包：结构最为简单的包，格式如下

SYNC+PID

(注上面每种包都有不同类型的，USB1.1共定义了十种包，具体请见问题五)

(三)事务：分别有IN事务、OUT事务和SETUP事务三大事务，每一种事务都由令牌包、数据包、握手包三个阶段构成，这里用阶段的意思是因为这些包的发送是有一定的时间先后顺序的，事务的三个阶段如下：

1、令牌包阶段：启动一个输入、输出或设置的事务

2、数据包阶段：按输入、输出发送相应的数据

3、握手包阶段：返回数据接收情况，在同步传输的IN和OUT事务中没有这个阶段，这是比较特殊的。

事务的三种类型如下(以下按三个阶段来说明一个事务)：

1、 IN事务：

令牌包阶段——主机发送一个PID为IN的输入包给设备，通知设备要往主机发送数据;

数据包阶段——设备根据情况会作出三种反应(要注意：数据包阶段也不总是传送数据的，根据传输情况还会提前进入握手包阶段)

1) 设备端点正常，设备往入主机里面发出数据包(DATA0与DATA1交替);

2) 设备正在忙，无法往主机发出