基于STM32的USB枚举过程学习笔记(一)

之前使用ST官方的库以及网络的资料，完成了使用USB HID类进行STM32和PC机的通讯。由于其他原因并没有深入的分析，虽然实现了功能，但是关于USB设备的枚举，以及具体的通讯方式都没有清晰的概念，所以现在回头重新学习USB相关知识。主要参考资料是《圈圈教你玩USB》、USB枚举过程图解，ST官方的USB HID例程。

一，USB数据包

1.USB数据包分类

USB总线上的数据传输以包为基本的单位。USB协议规定了四种包：令牌包、数据包、握手包、特殊包。不同的包通过包中的8位PID域区分。

• 令牌包

令牌包用于启动一次USB传输，USB的数据传输必须由主机发起。令牌包有四种：

输出令牌包(OUT)：用来通知设备将要输出一个数据包。 数据方向 主机-->设备

输入令牌包(IN)：用来通知设备将要返回一个数据包。数据方向 设备-->主机

建立令牌包(SETUP)：通知设备将要输出一个数据包，类似OUT包。不过SETUP包只能往端点0发包，只用在控制传输中。

帧起始包(SOF)：用于帧计数，USB全速设备每毫秒产生一帧，USB高速设备每125μS产生一帧。

OUT , IN, SETUP包的结构：同步域+8位PID+7位地址+4位端点号+5位CRC校验+包结束符EOP

• 数据包

数据包用来传输数据，分成DATA0. DATA1 。数据格式如下

同步域+8位PID+N个字节的数据+CRC16校验+包结束符EOP

• 握手包

握手包用来表示一个传输是否被对方确认，有ACK，NAK，STALL，NYET。

ACK：表示正确的接收数据并且有足够的空间容纳数据。主机和设备都可以使用ACK来确认，NAK,STALL,NYET只能够用于设备返回，主机不能使用。

NAK：表示没有数据需要返回，或者数据正确接收但是没有空间容纳。当主机收到NAK后，知道设备还未准备好，主机会在合适的时候重新进行数据传输。

STALL：表示设备无法执行该请求，或者端点已经被挂起。

NYET：USB高速设备中用。

握手包的格式：同步域+8位PID+包结束符EOP

2. 数据包的处理

在传输过程中，具体的处理细节由USB接口的芯片处理完成。

当USB接口芯片正确接收到数据时，如果有空间保存，则它将数据保存并返回ACK，同时，设置一个标志表示已经正确接收到数据；如果没有空间保存数据，则自动返回NAK。

收到输入请求时，如果有数据需要发送，则发送数据，并等待接收ACK。只有到数据成功发送出去(即接收到ACK标志后)，它才设置标志，表示数据已成功发送；如果无数据需要发送，则它自动返回NAK。

通常只需根据芯片提供的一些标志，准备要发送的数据到端点，或者从端点读取接收到的数据即可。

二 ，USB事务

虽然USB定义了数据在总线上传输的基本单位是包，为了传输数据，必须按照一定的关系把这些不同的包组织成事务才能传输数据。事务通常由两个或者三个包组成：令牌包、数据包和握手包。

令牌包用来启动一个事务，总是由主机发送；数据包用来传送数据，可以从主机到设备，也可以由设备到主机，方向由令牌包来指定；握手包用来指定数据传输结果。

三，USB传输类型

USB规定了4种传输类型：批量传输、等时传输、中断传输、控制传输。其中前三个传输一次数据都是一个事务；控制传输包括三个过程，建立过程和状态过程分别是一个事务，数据过程则可能包含多个事务。