USB枚举详细过程剖析

(1)集线器检测新设备
  主机集线器监视着每个端口的信号电压,当有新设备接入时便可觉察。(集线器端口的两根信号线的每一根都有15kΩ的下拉电阻,而每一个设备在D+都有一个1.5kΩ的上拉电阻。当用USB线将PC和设备接通后,设备的上拉电阻使信号线的电位升高,因此被主机集线器检测到。)
(2)主机知道了新设备连接后
  每个集线器用中断传输来报告在集线器上的事件。当主机知道了这个事件,它给集线器发送一个Get_Status请求来了解更多的消息。返回的消息告诉主机一个设备是什么时候连接的。
(3)集线器重新设置这个新设备
  当主机知道有一个新的设备时,主机给集线器发送一个Set_Feature请求请求集线器来重新设置端口。集线器使得设备的USB数据线处于重启(RESET)状态至少10ms。
(4)集线器在设备和主机之间建立一个信号通路
  主机发送一个Get_Status请求来验证设备是否激起重启状态。返回的数据有一位表示设备仍然处于重启状态。当集线器释放了重启状态,设备就处于默认状态了,即设备已经准备好通过Endpoint 0 的默认流程响应控制传输。即设备现在使用默认地址0x0与主机通信。
(5)集线器检测设备速度
  集线器通过测定那根信号线(D+或D-)在空闲时有更高的电压来检测设备是低速设备还是全速设备。(全速和高速设备D+有上拉电阻,低速设备D-有上拉电阻)。

 

以下,需要USB的firmware进行干预
(6)获取最大数据包长度
  PC向address 0发送USB协议规定的Get_Device_Descriptor命令,以取得却缺省控制管道所支持的最大数据包长度,并在有限的时间内等待USB设备的响应,该长度包含在设备描述符的bMaxPacketSize0字段中,其地址偏移量为7,所以这时主机只需读取该描述符的前8个字节。注意,主机一次只能列举一个USB设备,所以同一时刻只能有一个USB设备使用缺省地址0。
  以下操作雷同,不同操作系统设定时延是不一样的,比如说win2k大概是几毫秒,如果没有反应就再发送一次命令,重复三次。
(7)主机分配一个新的地址给设备
  主机通过发送一个Set_Address请求来分配一个唯一的地址给设备。设备读取这个请求,返回一个确认,并保存新的地址。从此开始所有通信都使用这个新地址。
(8)主机向新地址重新发送Get_Device_Descriptor命令,此次读取其设备描述符的全部字段,以了解该设备的总体信息,如VID,PID。
(9)主机向设备循环发送Get_Device_Configuration命令,要求USB设备回答,以读取全部配置信息
(10)主机发送Get_Device_String命令,获得字符集描述(unicode),比如产商、产品描述、型号等等。
(11)此时主机将会弹出窗口,展示发现新设备的信息,产商、产品描述、型号等。
(12)根据Device_Descriptor和Device_Configuration应答,PC判断是否能够提供USB的Driver,一般win2k能提供几大类的设备,如游戏操作杆、存储、打印机、扫描仪等,操作就在后台运行。但是Win98却不可以,所以在此时将会弹出对话框,索要USB的Driver。
(13)加载了USB设备驱动以后,主机发送Set_Configuration(x)命令请求为该设备选择一个合适的配置(x代表非0的配置值)。如果配置成功,USB设备进入“配置”状态,并可以和客户软件进行数据传输。
  此时,常规的USB完成了其必须进行的配置和连接工作。查看注册表,能够发现相应的项目已经添加完毕,至此设备应当可以开始使用。不过,USB协议还提供了一些用户可选的协议,设备如果不应答,也不会出错,但是会影响到系统的功能

USB枚举过程图解















 

USB  最主要的的是要理解   USB主机发送命令给设备,设备要对主机的命令进行响应, USB通讯的基本单位为 “包”   理解好“包”这个概念是学习USB的关键所在。

包有如下分类:

分别是令牌包、数据包、握手包和特殊包(其实是由PID决定的)

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)

帧起始包:

SYNC+PID+11位FRAM+CRC5(五位的校验码)

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

握手包:结构最为简单的包,格式如下

SYNC+PID



下面举几个例子来说明USB的通讯过程:

1:主机想要向设备传送一串数据。 过程如下:

(1)        主机向从机发送 “令牌包”,令牌包的类型为输出包,表示主机要向从机发送数据了。

(2)        主机向从机发送完令牌以后,USB处理器件根据发送的令牌,会将中断状态寄存器标志置位,从机CPU通过查询USB处理器件的中断状态寄存器,对主机的令牌包进行响应

(3)        从机判别出中断类型,于是,准备从主机接收数据。

(4)        从机准备好了,于是主机开始发送“数据包” 这时,USB处理器件会自动将从主发送过来的数据放如它的内部缓冲区内,接收完这个数据包后,从机向主机发送“应答包” 

这就是一个完整的通讯过程。

由以上可以看出,USB若是想要传送数据,那么主机必须先发一个 IN 或OUT的令牌包,然后发送DATA0,或DATA1数据包。

简单的用现实生活中的事件进行描述:  老板想让员工去做一件事情,老板 先会发出命令,告诉要做什么事情,员工准备好以后呢,老板再把做这件事情的经费发放给员工,当员工把发放的经费清点以后,发现数目正确,他会给老板一个回应信息,告诉老板,钱已经收到了,而且数目正确。

老板想让员工做的事:  对应USB通讯里的令牌包。

老板想要发放的经费:  对应USB通讯里的数据包。

员工给老板的回应:    对应USB通讯里的握手包。

这里尤其需要注意一个问题就是:

USB主机向设备发送令牌包的时候,接收令牌是有USB器件来完成的,而不是有从机CPU来完成的,如主机发送一个如下的令牌:

SYNC+PID+ADDR+ENDP+CRC5

USB器件回根据PID的类型来判断是哪种类型的令牌 根据ADDR的值来判断是否是和自己通讯,根据ENDP的值来判断是和哪个端点进行通讯,根据校验来判断,数据传送是否无误。根据以上的令牌包信息,USB器件会将其内部的中断状态寄存器相应的位置位,从机CPU可以查询这个中断状态寄存器来进行相应的操作。




你可能感兴趣的:(USB)