USB深入学习

USB总线是基于分层的星状拓补结构，以Hub（可将一个USB接口扩展为多个接口的装置）为中心连接周围设备。

端点是主机最终的传输对象，信息包括端点号、传输类型、方向和数据包长度等。

USB采用NRZI（非归零码）对数据进行编码

 

供电方式分为两种：

1、自供电：使用外部电源供应

2、总线供电：通过VBUS进行供电

 

USB总线信号使用差分传输模式，数据线有D+和D-，低速总线上的状态：

J态： D+ =“0”，D- =“1”
K态： D+ =“1”，D- =“0”
SE0态（Reset）：D+ =“0”，D- =“0”

空闲状态：J状态                   恢复信号（Resume）：K状态

SOP：从IDLE切换到K           EOP：持续2位时间的SE0，后跟1位的J状态

SYNC：3个重复的KJ转换，后跟1位K状态

 

高速下的JK态和低速的相反，低速下空闲状态为“K”状态；全速下空闲状态为“J”状态；高速下空闲状态为“SE0”状态

 

主机对于设备断开和连接判断：

断开——D+和D-上的下拉电阻使得二者都在低电平，持续SE0状态

连接——主机检测到某一个数据线电平拉高并保持了一段时间，就认为有设备连接

 

Packet的组成：SOP、SYNC、Packet Content、EOP

        Packet Content的内容有：PID、地址、帧号、数据、CRC，不同Packet的类型根据PID区分

PID的类型：

Token令牌——OUT/IN/SETUP

SOF Packet

DATA数据——DATA0/DATA1

HandShake握手——ACK/NAK/STALL

Special特殊——PRE/ERR/PING

 

地址：设备地址和端点地址

帧号：11位，达到7FFH时归零重计，每个帧的帧首传输一次SOF包

CRC：Token CRC、DATA CRC

 

Transaction（事物）

     Setup transaction、DATA In、DATA Out（所有事物都是由主机发起）

 

Transfer（传输）：Control、Bulk、Isochronous、Interrupt

      每种传输方式分为Setup Stage、Data Stage、Status Stage

 

USB插入主机后的活动：

供电——复位——获取Device Descriptor前8字节——复位（可选）——分配地址——获取Device Descriptor——获取Configuration——获取String（可选）——配置

 

（Very Important）描述符类型：

Device、Configuration、String、Interface、Endpoint、Device_qualifier、DEBUGd.......

 

几种描述符的具体组成：

     Device Descriptor

• bLength
• bDescripotor Type      1
• bcdUSB                 设备遵循的USB协议版本号
• bDeviceClass
• bDeviceSubClass
• bDeviceProtocol      以上三个由USB-IF分配
• bMaxPacketSize0   EP0的最大包长
• idVendor            USB-IF分配
• idProduct           厂家分配
• bcdDevice         设备自身的版本号
• iManufacturer
• iProduct
• iSeriaNumber
• bNumConfigurations     设备支持多少种Configuration

Configuration Descriptor

• bLength
• bDescriptor Type        2
• wTotallLength           包含所有描述符的长度（设备、配置、接口、端点等）
• bNumberInterfaces   该配置包含几个接口
• bConfigurationValue     传递给SetConfiguration()的参数
• iConfiguraion         在众多字符串描述符中的序号
• bmAtrributes        D6:是否由总线供电    D5：是否支持远程唤醒
• bMaxPower         设备全速工作时需要从总线获取的电流

Interface Descriptor

• bLength
• bDescriptorType         4
• bInterfaceNumber     在该配置所支持的众多接口中的序号
• bNumEndpoints        该接口支持的非0EP的个数
• bInterfaceClass
• bInterfaceSubClass
• bInterfaceProtocol      由USB-IF分配
• interface       在众多字符串描述符中的序号

EndPoint Descriptor

• bLength
• bDescriptorType         5
• bEndpointAddress       D7：0-OUT，1-IN       D0~D3：端点号
• bmAttributes                D0~D1：传输类型    D2~D3：同步类型
• wMaxPacketSize        该端点的最大包长
• bInterval          主机查询EP的间隔