USB传输之控制传输

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USB入门系列：

1、USB行业标准介绍

2、USB具体通讯过程

3、USB中端点详细了解

4、USB传输之控制传输

......(待补充)

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前言

    USB控制传输分为以下四种：

• 批量传输：批量传输一般用于批量的和非实时的数据传输，通俗的来说就是用于数据量大但对时间要求又不高的场合的一种传输方式，类似用于USB打印机和USB扫描仪等等。
• 中断传输：中断传输一般用于小批量的和非连续的数据传输，通俗的来说就是用于数据量小的数据不连续的但实时性高的场合的一种传输方式，类似用于USB鼠标和USB键盘等等。
• 等时传输：等时传输也有“同步传输”的叫法，一般用于要求数据连续、实时且数据量大的场合，其对传输延时十分敏感，类似用于USB摄像设备，USB语音设备等等。
• 控制传输：控制传输是一种特殊的传输方式，且传输过程相对以上三种而言更复杂一些，但也十分重要。当USB设备初次连接主机时，用控制传输传送控制命令等对设备进行配置。同时设备接入主机时，需要通过控制传输去获取USB设备的描述符以及对设备进行识别，在设备的枚举过程中都是使用控制传输进行数据交换。

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一、控制传输的结构

    一次完整控制传输可以分为三个阶段：初始设置阶段--->数据阶段(不必须)--->状态信息阶段。下面的

 

1、初始设置阶段

    初始设置阶段用于固定建立SETUP事务，标志一次控制传输的开始。初始设置阶段为一个SETUP事务，同样分为三个阶段如下：

令牌包阶段：

    主机会发送一个SETUP令牌包，如下：

相当于告诉设备，我要跟你进行通讯请你做好准备。

 

数据包阶段：

    发送DATA0数据包（注意SETUP只能使用DATA0包，8字节），让设备接收。例如发送获取设备描述符命令包：

相当于告诉设备，请将设备描述符的内容发给我。

 

握手包阶段：

    设备自动应答。

 

结合上面的过程可以用下图表示初始设置阶段。

 

2、数据阶段

    初始设置阶段中命令如果要求读/写数据，数据阶段就会在这一阶段来具体交换数据(如果没有数据交换要求则可省去该步骤，具体有SETUP事务标准请求命令决定)。在此需要做一些说明：传输控制在前言有说到控制传输的用途是获取设备信息与对设备进行配置。所以这些数据操作分为以下三类：

1）、控制读传输；

2）、控制写传输；

3）、无数据控制传输。

 

    一次控制传输必定为上面三种中的其中一种，所以数据阶段中的数据事务也是根据该规则来决定数据事务的。

    此处还应该注意的是数据阶段是由一到多个IN/OUT事务组成。这是由于有时候存在一个事务传不完的数据，所以可能存在多个连续IN/OUT事务的情况。这也就决定了，在同一次数据传输阶段中事务类型必定相同(IN/OUT事务)。

 

2.1、传输格式

    综上所述，所以从传输控制的不同类型来讲述数据阶段的格式会更好理解。

1)、控制读传输

    控制读传输时数据阶段在整个传输的格式如下图蓝框部分：

 

数据方向为：设备 —> 主机 (读取USB描述符)

    这里每个数据包是DATA0和DATA1交替出现的。需要注意的是当最后一个包刚好为允许的最大数据包大小时需要再传一个0长度的数据包，表示传输的结束。

 

控制读传输的数据过程IN事务的三个阶段如下：

令牌包阶段：

    主机会发送一个IN令牌包，触发设备产生IN包中断，如下：

数据包阶段：

    设备回复主机请求，回应数据。例如回复设备描述符命令请求：

握手包阶段：

    主机自动应答。

2)、控制写传输

    控制写传输时数据阶段在整个传输的格式如下下图蓝框部分：

数据方向为：主机 —> 设备（配置USB设备）

 

传输过程和规则基本与读取相似，不多做赘述。

 

 

3)、无数据控制

    控制传输不一定要传输很多数据，有些控制可能只是告诉设备要做一件事，这个命令包含在建立阶段的建立事务的8字节数据中即可，设备只需回复主机收到命令与否即可，所以就跳过数据阶段直接进入到状态阶段。无数据控制的格式如下图：

所以注意在无数据控制传输时，是无数据阶段的!

 

 

3、状态信息阶段

    状态信息阶段是要返回数据传输的成功与否，具体也需要看控制传输的类型。需要注意的是，状态信息的数据传输方向与数据阶段方向相反。例如，数据阶段为IN事务则状态信息阶段为OUT事务。

 

3.1、控制读传输

    在控制读传输时，该阶段则为OUT事务，其中的数据包固定为DATA1数据包。返回数据成功与否以有以下情况：

    1）、读数据成功                      主机发送OUT令牌包(ping令牌包，高速情况下)，主机发送0长度数据包，设备ACK。

    2）、数据传输出错                   主机发送OUT令牌包(ping令牌包，高速情况下)，主机发送0长度数据包，设备STALL。

    3）、设备忙(比如正在写数据)   主机发送OUT令牌包(ping令牌包，高速情况下)，主机发送0长度数据包，设备NAK。 

 

控制读传输的状态信息阶段OUT事务的三个阶段如下(以ACK为例)：

令牌包阶段：

    主机会发送一个OUT令牌包，如下：

数据包阶段：

    主机发送0字节数据包，作为状态正常信息回应：

握手包阶段：

    设备自动应答。

3.2、控制写传输

    在控制读传输时，该阶段则为IN事务，其中的数据包固定为DATA1数据包。返回数据成功与否以有以下情况：

    1）、写数据成功                      主机发送IN令牌包，设备发送0长度数据包，主机回复ACK。

    2）、数据传输出错                   主机发送IN令牌包，设备回复STALL。

    3）、设备忙(比如正在写数据)   主机发送IN令牌包，设备回复NAK。 

 

控制读传输的状态信息阶段IN事务过程与读类似。

 

3.3、无数据控制传输

    该阶段则为IN事务，其规则与控制写传输相似。

 

至此，一次控制传输完成，整个过程结束。

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    因为最近入门USB开发，该博文是经过看网上的资料结合自己的理解整理完成，如果有不得当的地方，希望大家多多指正，谢谢。

 

 

参考资料：

USB的控制传输详解：https://max.book118.com/html/2015/0619/19368508.shtm

USB协议的传输结构：https://blog.csdn.net/hushiganghu/article/details/54906960