USB协通讯议--深入理解

0. 基本概念

一个(控制、批量、中断、等时)：由多个组成；

一个(IN、OUT、SETUP)：由一多个组成。

USB数据在与间被传输。与间的关联叫做。一个USB设备可以有多个管道(pipes)。

1. 包(Packet)

包（Packet）是USB系统中信息传输的基本单元，所有数据都是经过打包后在总线上传输的。数据在 USB总线上的传输以包为单位，包只能在帧内传输。高速USB 总线的帧周期为125us，全速以及低速 USB 总线的帧周期为 1ms。帧的起始由一个特定的包（SOF 包）表示，帧尾为 EOF。EOF不是一个包，而是一种电平状态，EOF期间不允许有数据传输。
注意：虽然高速USB总线和全速/低速USB总线的帧周期不一样，但是SOF包中帧编号的增加速度是一样的，因为在高速USB系统中，SOF包中帧编号实际上取得是计数器的高11位，最低三位作为微帧编号没有使用，因此其帧编号的增加周期也为 1mS。

•USB总线上的情形是怎样的？

•包是USB总线上数据传输的最小单位，不能被打断或干扰，否则会引发错误。若干个数据包组成一次事务传输，一次事务传输也不能打断，属于一次事务传输的几个包必须连续，不能跨帧完成。一次传输由一次到多次事务传输构成，可以跨帧完成。

USB包由五部分组成，即同步字段（SYNC）、包标识符字段（PID）、数据字段、循环冗余校验字段（CRC）和包结尾字段（EOP），包的基本格式如下图：

1.1 PID类型(即包类型)

1.2 Token Packets

此格式适用于IN、OUT、SETUP、PING。

PID 数据传输方向

IN Device->Host

OUT Host->Device

SETUP Host->Device

PING Device->Host

1.3 Start-of-Frame(SOF) Packets

SOF包由Host发送给Device。
1) 对于full-speed总线，每隔1.00 ms ±0.0005 ms发送一次；
2) 对于high-speed总线，每隔125 μs ±0.0625 μs发送一次；
SOF包构成如下图所示：

1.4 Data Packets

有四种类类型的数据包：DATA0, DATA1, DATA2,and MDATA，且由PID来区分。DATA0和DATA1被定义为支持数据切换同步(data toggle synchronization)。

1.5 Handshake Packets

• ACK:对于IN事务，它将由host发出；对于OUT、SETUP和PING事务，它将由device发出。

• NAK:在数据阶段，对于IN事务，它将由device发出；在握手阶段，对于OUT和PING事务，它也将由device发出；host从不发送NAK包。

2. 事务(Transaction)

在USB上数据信息的一次接收或发送的处理过程称为事务处理（Transaction）即：The delivery of service to an endpoint。一个事务由一系统packet组成，具体由哪些packet组成，它取决于具体的事务。可能由如下包组成：

• 一个token packet

• 可选的data pcket

•可选的handshake packet

•可选的special packet

2.1 输入（IN）事务处理

输入事务处理：表示USB主机从总线上的某个USB设备接收一个数据包的过程。

•的输入事务处理

•时的输入事务处理

•时的输入事务处理

2.2. 输出（OUT）事务处理

输出事务处理：表示USB主机把一个数据包输出到总线上的某个USB设备接收的过程。

•的输出事务处理

•的输出事务处理

•的输出事务处理

2.3 设置（SETUP）事务处理

•的设置事务处理

•的设置事务处理

•的设置事务处理

3.USB传输类型

在USB的传输中，定义了4种传输类型：

•控制传输 (Control Transfer)

•中断传输 (Interrupt Transfer)

•批量传输 (Bulk Transfer)

•同步传输 (Isochronous)

3.1 控制传输 (Control Transfer)

控制传输由2～3个阶段组成：

1) 建立阶段(Setup)

2) 数据阶段（无数据控制没有此阶段）(DATA)

3) 状态阶段(Status)

•每个阶段都由一次或多次（数据阶段）事务传输组成（Transaction）。

控制数据由USB系统软件用于配置设备(在枚举时)，其它的驱动软件可以选择使用control transfer实现具体的功能，数据传输是不可丢失的。

3.1.1 建立阶段

主机从USB设备获取配置信息，并设置设备的配置值。建立阶段的数据交换包含了SETUP令牌封包、紧随其后的DATA0数据封包以及ACK握手封包。它的作用是执行一个设置（概念含糊）的数据交换，并定义此控制传输的内容(即：在Data Stage中IN或OUT的data包个数，及发送方向，在Setup Stage已经被设定)。

3.1.2 数据阶段

根据数据阶段的数据传输的方向，控制传输又可分为3种类型：

1) 控制读取（读取USB描述符）

2) 控制写入（配置USB设备）

3) 无数据控制

数据传输阶段：用来传输主机与设备之间的数据。

•控制读取

是将数据从设备读到主机上，读取的数据USB