USB声卡驱动（二）：USB音频设备描述符

USB声卡驱动（二）USB音频设备描述符

本篇笔记，分两部分，第一部分，是基本知识的记录。第二部分是一个实际的例子。

一.基本知识

一个音频设备（Audio Device）含有多个音频功能（Audio Function）,而音频功能（Audio Function）内部还有各种各样的模块（Unit）和输入输出终端（Terminal）。这些模块（Unit）提供各种各样的功能，比如静音控制，音量调整等等。输入输出终端（Terminal）用于传输数据流，比如原始的PCM数据，或者经过AC-3编码的数据，或者MIDI数据

那么操作音频功能（Audio Function）就分为两部分：一个是操作Unit，一个是操作Terminal

操作Unit通常是出于控制要求，把这部分操作归类为Audio Control.操作Terminal是处于数据传输的要求，把这部分操作归类为Audio Stream.那么前者的接口被称为Audio Control Interface.后者的接口被称为Audio Stream Interface.这里提到了接口，而本笔记，又是USB相关的，所以，这两个接口都是指的USB接口。所有的这些接口统称为Audio Interface Collection.即操作音频功能（Audio Function）是通过Audio Interfacae Collection.

Audio Interface Collection在USB规范中即为Audio Interface Class.上面提到，Audio Interface Collection有两部分组成，一部分为Audio Control Interface.另外一部分为Audio Stream Interface.而后者还包括MIDI Stream Interface.所以Audio Interface SubClass即有三种，分别为：Audio Control Interface SubClass,Audio Streaming Interface SubClass,Midi Streaming Interface SubClass.

在USB的世界中，除了，Class，SubClass以外，还有Protocol.在USB音频世界中，Protocl没有被使用，因此该值为0x00.

Audio Interface Class的值为：0x01，表示AUDIO
Audio Interface SubClass的值为：
SUBCLASS_UNDEFINED:0x00;
AUDIOCONTROL:0x01;
AUDIOSTREAMING:0x02;
MIDISTREAMING:0x03
Audio Interface Protocol的值：0x00

在USB的世界中，真正做沟通的是EndPoint，因此，Audio Function也需要和EndPoint相关联.

AudioControl中的EndPoint

Audio Control可以有下面的端点：

一个用于操作Unit或者Terminal的控制端点，这个端点是强制要求的，且默认为端点0
一个可选的中断端点，该端点可以报告Audio Function状态等

AudioStream中的EndPoint

Audio Streaming 接口用于数据传输，它是可选的端口。注意，每个Audio Streaming 接口最多只有一个等时数据端点。在某些情况下，等时数据端点还伴有一个对应的等时同步端点。

另外，对于等时数据端点，没必要直接映射到逻辑通道上。比如一个Audio Function它有左右两个声道，但是可以只有一个等时数据端点。在这个端点上面传输左右两个声道的数据。

来一个实际的例子

在上面了解了基本的Audio Function，以及一些相应的术语之后，来看一个实际的例子，在这个例子中，将会有对应的描述符的详细笔记。

USB 电话

产品描述

这是一个USB电话，这个电话含有16bit-8KHz的输入输出。它有手持电话筒和电话线的输入输出连接器。这个电话还含有USB接口，插入主机之后，可以使用主机直接和电话进行通话。手持电话筒和电话线上面的数据是模拟信号，而USB接口传输的是数字信号，因此里面USB接口对应的输入输出Terminal需要有模数转换模块。

整个USB电话的拓扑图如下：

描述符的层级

这个电话设备，包含一个Audio Control interface(0),和两个Audio Streaming interface(1和2)(因为有输入和输出)。

Audio Streaming interface都有两个可选的设置。第一个可选设置（可选设置0）占用0带宽，用于释放USB资源。第二个可选设置（可选设置1）是对应接口的操作部分，它有一个等时数据端点。下图展示了整个层级关系。

描述符详解

设备描述符

offset	字段	大小	值	说明
0	bLength	1	0x12	描述符大小
1	bDescriptorType	1	0x01	DEVICE描述符
2	bcdUSB	2	0x0100	USB spc当前版本
4	bDeviceClass	1	0x00	在Interface层定义
5	bDeviceSubClass	1	0x00	未使用
6	bDeviceProtocol	1	0x00	未使用
7	bMaxPacketSize0	1	0x08	8字节
8	idVendor	2	0xxxxx	Vendor ID
10	idProduct	2	0xxxxx	Product ID
12	bcdDevice	2	0xxxxx	Device Release
14	iManufacturer	1	0x01	字符串描述符索引号
15	iProduct	1	0x02	字符串描述符索引号
16	iSerialNumber	1	0x00	未使用
17	bNumConfiguration	1	0x01	一个配置

配置描述符

offset	字段	大小	值	说明
0	bLength	1	0x09	描述符大小
1	bDescriptorType	1	0x02	CONFIGURATION描述符
2	wTotalLength	2	0x00xx	整个配置块长度
4	bNumInterfaces	1	0x03	三个接口
5	bConfigurationValue	1	0x01	本配置的ID
6	iConfiguration	1	0x00	未使用
7	bmAttributes	1	0x06	自给电，远程唤醒
8	MaxPower	1	0x00	Not applicable

Audio Control Interface 描述符

标准的Audio Control Interface 描述符

Audio Control Interface没有使用专用的端点，而是使用了默认的端点0来操作。并且该接口，没有中断端点。

offset	字段	大小	值	说明
0	bLength	1	0x09	描述符大小
1	bDescriptorType	1	0x04	INTERFACE描述符
2	bInterfaceNumber	1	0x00	本接口索引
3	bAlternateSetting	1	0x00	本设置索引
4	bNumEndpoints	1	0x00	0端点
5	bInterfaceClass	1	0x01	AUDIO
6	bInterfaceSubclass	1	0x01	AUDIO_CONTROL
7	bInterfaceProtocol	1	0x00	未使用
8	iInterface	1	0x00	未使用

音频相关的描述符

音频相关的描述符，需要有一个header作为一些统一的描述，如下

offset	字段	大小	值	说明
0	bLength	1	0x0A	描述符大小
1	bDescriptorType	1	0x24	CS_INTERFACE描述符
2	bDescriptorSubtype	1	0x01	HEADER子类型
3	bcdADC	2	0x0100	Audio Class 规范1.0
5	wTotalLength	2	0x0064	Audio Class相关描述总大小
7	bInCollection	1	0x02	streaming接口数
8	baInterfaceNr(1)	1	0x01	AudioStreaming接口1属于这个控制接口
8	baInterfaceNr(2)	1	0x02	AudioStreaming接口2属于这个控制接口
7	bInterfaceProtocol	1	0x00	未使用
8	iInterface	1	0x00	未使用

输入Terminal描述符（ID1）

这个描述符代表了模拟电话线的输入。它只有一个声道，且没有位置信息。
这是双向Terminal的输入部分，因此有一个相关的输出Terminal（ID4）

offset	字段	大小	值	说明
0	bLength	1	0x0C	描述符大小
1	bDescriptorType	1	0x24	CS_INTERFACE描述符
2	bDescriptorSubtype	1	0x02	INPUT_TERMINAL
3	bTerminalID	1	0x01	本Termianl ID
4	wTerminalType	2	0x0501	电话线In
6	bAssocTerminal	1	0x04	对应电话线OUT terminal
7	bNrChannels	1	0x01	1通道
8	wChannelConfig	2	0x0000	单声道没有位需要被设置
10	iChannelNames	1	0x00	未使用
11	iTerminal	1	0x00	未使用

输入Terminal描述符(ID2)

这个描述符是手持电话筒的输入麦克风。它只有单声道，且无位置信息。同样的它还有一个关联的输出Terminal(ID5)

offset	字段	大小	值	说明
0	bLength	1	0x0C	描述符大小
1	bDescriptorType	1	0x24	CS_INTERFACE描述符
2	bDescriptorSubtype	1	0x02	INPUT_TERMINAL
3	bTerminalID	1	0x02	本Termianl ID
4	wTerminalType	2	0x0401	手持电话IN
6	bAssocTerminal	1	0x05	对应手持电话的OUT terminal
7	bNrChannels	1	0x01	1通道
8	wChannelConfig	2	0x0000	单声道没有位需要被设置
10	iChannelNames	1	0x00	未使用
11	iTerminal	1	0x04	未使用

输入Terminal描述符(ID3)

这个描述符，代表了从主机到电话的USB流。同样的只有单声道，且无位置信息。它也有一个关联的输出Terminal (ID6)

offset	字段	大小	值	说明
0	bLength	1	0x0C	描述符大小
1	bDescriptorType	1	0x24	CS_INTERFACE描述符
2	bDescriptorSubtype	1	0x02	INPUT_TERMINAL
3	bTerminalID	1	0x03	本Termianl ID
4	wTerminalType	2	0x0101	USB流IN
6	bAssocTerminal	1	0x06	对USB接口的OUT terminal
7	bNrChannels	1	0x01	1通道
8	wChannelConfig	2	0x0000	单声道没有位需要被设置
10	iChannelNames	1	0x00	未使用
11	iTerminal	1	0x05	未使用

输入Terminal描述符(ID4)

这个描述符，代表了模拟电话线的输出端。

offset	字段	大小	值	说明
0	bLength	1	0x09	描述符大小
1	bDescriptorType	1	0x24	CS_INTERFACE描述符
2	bDescriptorSubtype	1	0x03	OUTPUT_TERMINAL
3	bTerminalID	1	0x04	本Termianl ID
4	wTerminalType	2	0x0501	电话线OUT
6	bAssocTerminal	1	0x01	与连电话线IN相关
7	bSourceID	1	0x07	源自电话线选择器单元
8	iTerminal	1	0x06	未使用

输入Terminal描述符(ID5)

这个描述符，代表了手持电话筒的听筒

offset	字段	大小	值	说明
0	bLength	1	0x09	描述符大小
1	bDescriptorType	1	0x24	CS_INTERFACE描述符
2	bDescriptorSubtype	1	0x03	OUTPUT_TERMINAL
3	bTerminalID	1	0x05	本Termianl ID
4	wTerminalType	2	0x0401	手持电话OUT
6	bAssocTerminal	1	0x01	与手持电话IN相关
7	bSourceID	1	0x08	源自手持电话选择器单元
8	iTerminal	1	0x00	未使用

输入Terminal描述符(ID6)

这个描述符，代表了到主机的USB流。

offset	字段	大小	值	说明
0	bLength	1	0x09	描述符大小
1	bDescriptorType	1	0x24	CS_INTERFACE描述符
2	bDescriptorSubtype	1	0x03	OUTPUT_TERMINAL
3	bTerminalID	1	0x06	本Termianl ID
4	wTerminalType	2	0x0101	USB 流OUT
6	bAssocTerminal	1	0x03	与USB流IN相关
7	bSourceID	1	0x09	源自USB选择器单元
8	iTerminal	1	0x00	未使用

选择器单元描述符(ID7)

这个描述符，表示连接到电话线OUT终端的选择器单元，他也可以选中手持电话IN或者USB IN

offset	字段	大小	值	说明
0	bLength	1	0x09	描述符大小
1	bDescriptorType	1	0x24	CS_INTERFACE描述符
2	bDescriptorSubtype	1	0x05	SELECTOR_UNIT
3	bTerminalID	1	0x07	本Unit ID
4	bNrInPins	2	0x02	输入引脚数
6	baSourceID(1)	1	0x02	源自手持电话IN
6	baSourceID(2)	1	0x03	源自USB 流IN
8	iSelector	1	0x00	未使用

选择器单元描述符(ID8)

这个描述符，表示连接到手持电话OUT终端的选择器单元，他也可以选中电话线IN或者USB IN

offset	字段	大小	值	说明
0	bLength	1	0x09	描述符大小
1	bDescriptorType	1	0x24	CS_INTERFACE描述符
2	bDescriptorSubtype	1	0x05	SELECTOR_UNIT
3	bTerminalID	1	0x08	本Unit ID
4	bNrInPins	2	0x02	输入引脚数
6	baSourceID(1)	1	0x01	源自电话线IN
6	baSourceID(2)	1	0x03	源自USB 流IN
8	iSelector	1	0x00	未使用

选择器单元描述符(ID9)

这个描述符，表示连接到USB流OUT终端的选择器单元，他也可以选中手持电话IN或者电话线IN

offset	字段	大小	值	说明
0	bLength	1	0x09	描述符大小
1	bDescriptorType	1	0x24	CS_INTERFACE描述符
2	bDescriptorSubtype	1	0x05	SELECTOR_UNIT
3	bTerminalID	1	0x09	本Unit ID
4	bNrInPins	2	0x02	输入引脚数
6	baSourceID(1)	1	0x01	源电话线IN
7	baSourceID(2)	1	0x02	源自手持电话IN
8	iSelector	1	0x00	未使用

Audio Streaming 接口1描述符

该接口用于将主机数据，传输到usb电话中。该接口有两个可选设置（可选设置0），第一个为0带宽设置，用于释放USB资源；第二个（可选设置1）用于正常的操作。

可选设置0

标准接口描述符

offset	字段	大小	值	说明
0	bLength	1	0x09	描述符大小
1	bDescriptorType	1	0x04	INTERFACE描述符
2	bInterfaceNumber	1	0x01	本接口索引
3	bAlternateSetting	1	0x00	本设置索引
4	bNumEndpoints	1	0x00	0端点
5	bInterfaceClass	1	0x01	AUDIO
6	bInterfaceSubclass	1	0x02	AUDIO_STREAMING
7	bInterfaceProtocol	1	0x00	未使用
7	iInterface	1	0x00	未使用

可选设置1

标准AS接口描述符

offset	字段	大小	值	说明
0	bLength	1	0x09	描述符大小
1	bDescriptorType	1	0x04	INTERFACE描述符
2	bInterfaceNumber	1	0x01	本接口索引
3	bAlternateSetting	1	0x01	本设置索引
4	bNumEndpoints	1	0x01	1个端点
5	bInterfaceClass	1	0x01	AUDIO
6	bInterfaceSubclass	1	0x02	AUDIO_STREAMING
7	bInterfaceProtocol	1	0x00	未使用
8	iInterface	1	0x00	未使用

音频相关描述符

offset	字段	大小	值	说明
0	bLength	1	0x07	描述符大小
1	bDescriptorType	1	0x24	CS_INTERFACE 描述符
2	bDescriptorSubtype	1	0x01	GENERAL
3	bTerminalLink	1	0x03	链接到USB流IN
4	bDelay	1	0x01	接口延迟
5	wFormatTag	2	0x0001	PCM格式

Type I Format Type Descriptor

offset	字段	大小	值	说明
0	bLength	1	0x0B	描述符大小
1	bDescriptorType	1	0x24	CS_INTERFACE描述符
2	bDescriptorSubtype	1	0x02	FORMAT_TYPE
3	bFormatType	1	0x01	FORMAT_TYPE_I
4	bNrChannels	1	0x01	1个通道
5	bSubFrameSize	1	0x02	两个字节
6	bBitResolution	1	0x010	16位
7	bSamFreqType	1	0x01	一个采样频率
8	tSamFreq	3	0x01F40	8000Hz

标准端点描述符

offset	字段	大小	值	说明
0	bLength	1	0x09	描述符大小
1	bDescriptorType	1	0x05	ENDPOINT描述符
2	bEndpointAddress	1	0x01	OUT 端点1
3	bmAttributes	1	0x0B	同步，等时传输
4	wMaxPacketSize	2	0x0010	16 bytes 每包
6	bInterval	1	0x01	每帧一包
7	bRefresh	1	0x00	未使用
8	bSynchAddress	1	0x00	未使用

音频相关等时数据端点描述符

offset	字段	大小	值	说明
0	bLength	1	0x07	描述符大小
1	bDescriptorType	1	0x25	CS_ENDPOINT描述符
2	bDescriptorSubtype	1	0x01	GENERAL
3	bmAttributes	1	0x00	无频率控制，无pitch控制
4	bLockDelayUnits	1	0x00	未使用
5	wLockDelay	2	0x0000	未使用

Audio Streaming 接口2描述符

该接口用于将数据传输到主机上。同样有两个可选设置，第一个是0带宽设置，第二个是正常使用设置。

0带宽可选设置

标准接口描述符

offset	字段	大小	值	说明
0	bLength	1	0x09	描述符大小
1	bDescriptorType	1	0x04	INTERFACE描述符
2	bInterfaceNumber	1	0x01	本接口索引
3	bAlternateSetting	1	0x00	本设置索引
4	bNumEndpoints	1	0x00	0端点
5	bInterfaceClass	1	0x01	AUDIO
6	bInterfaceSubclass	1	0x02	AUDIO_STREAMING
7	bInterfaceProtocol	1	0x00	未使用
7	iInterface	1	0x00	未使用

可选设置1

标准AS接口描述符

offset	字段	大小	值	说明
0	bLength	1	0x09	描述符大小
1	bDescriptorType	1	0x04	INTERFACE描述符
2	bInterfaceNumber	1	0x01	本接口索引
3	bAlternateSetting	1	0x01	本设置索引
4	bNumEndpoints	1	0x01	1个端点
5	bInterfaceClass	1	0x01	AUDIO
6	bInterfaceSubclass	1	0x02	AUDIO_STREAMING
7	bInterfaceProtocol	1	0x00	未使用
8	iInterface	1	0x00	未使用

音频相关AS接口描述符

offset	字段	大小	值	说明
0	bLength	1	0x07	描述符大小
1	bDescriptorType	1	0x24	CS_INTERFACE 描述符
2	bDescriptorSubtype	1	0x01	GENERAL
3	bTerminalLink	1	0x06	链接到USB流OUT
4	bDelay	1	0x01	接口延迟
5	wFormatTag	2	0x0001	PCM格式

Type I format type descriptor

offset	字段	大小	值	说明
0	bLength	1	0x0B	描述符大小
1	bDescriptorType	1	0x24	CS_INTERFACE描述符
2	bDescriptorSubtype	1	0x02	FORMAT_TYPE
3	bFormatType	1	0x01	FORMAT_TYPE_I
4	bNrChannels	1	0x01	1个通道
5	bSubFrameSize	1	0x02	两个字节
6	bBitResolution	1	0x010	16位
7	bSamFreqType	1	0x01	一个采样频率
8	tSamFreq	3	0x01F40	8000Hz