第二章 USB应用笔记之USB通讯基础

第二章 USB应用笔记之USB主设备和从设备

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1.连接 > 2.主机枚举USB设备 > 3.有效数据传输，功能控制

1.连接检测

USB系统主要包括USB主机和USB设备两种设备。

• USB主机：提供USB接口和接口管理功能的硬件、软件、固件的复合体。PC机或OTG设备，一个USB系统只能有一个主机.USB主机提的硬件主要包括USB主控制器和USB根集线器。

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• USB设备：1.集线器HUB：扩展主机接口，设备可以通过其接入主机 2.功能设备，如U盘，USB摄像头，HID键盘鼠标等。

物理连接：即USB电缆，USB使用差分信号传输数据，USB全速/高速模式电缆必须外层屏蔽铜质传输线，且差分数据线双绞。一条USB的传输线分别由地线、电源线、D+、D-四条线构成，D+、D-是差分输入线，使用的是3.3V电压，而电源线与地线可向设备提供5V电压，最大电流500mA。（USB1.1和USB2.0；USB3.0不同）

USB拓扑结构

每个USB系统只允许有一个HOST(主机)。允许的最大层数为7层(包含主机)；每层的电缆最大长度为5米，电缆总长度为30米；每层最大允许接5个DEVICE(设备)；


一个USB HOST最多可以同时支持128个地址，地址0作为默认地址，只在设备枚举期间临时使用，而不能被分配给任何一个设备，因此一个USB
HOST最多可以同时支持127个地址，如果一个设备只占用一个地址，那么可最多支持127个USB设备。在实际的USB体系中，如果要连接127个USB设备，必须要使用USB
HUB

USB连接检测

1.对于低速设备，在DM引脚上拉1.5K。
2.对于全速设备，在DP引脚上拉1.5K。
3.对于高速设备速度检测，则需要握手协议。

全速D+上拉1.5K电阻（高速：D+上拉1.5K电阻,握手协议）

低速D-上拉1.5K电阻

高速：握手协议

1. USB主机检测到全速设备，即：DP引脚上拉1.5K。
2. USB主机复位总线，即向总线发送SE0，此SE0持续时间不得小于2.5us。
   高速设备检测到SE0持续时间不小于2.5us后，向总线发送Chirp K信号，此Chirp信号持续时间不小于1ms且不大于7ms。
3. 总线回复到SE0状态。如果USB主机支持高速模式，则必须在Chipr K信号结束后100us内做出响应。
4. USB主机在Chipr K信号结束后100us内做出响应，向总线发送连续的Chirp K/J对，每个Chirp K信号或Chirp
   J信号的宽度不小于40us且不大于60us，每2个相邻的Chirp K和Chirp J信号之间的间隔不应大于2.5us。
5. 高速设备在检测到连续的最少3对Chirp
   K/J对后，在500us内必须断开DP上的上拉电阻，并连接D+和D-上的对地高速端接电阻，完成高速握手，进入高速传输模式。

集线器状态

集线器有一个状态改变端点，用于将它的下游端口的变化告诉主机。如果下在的任何状态改变，将设置一个端口中变化位：设备连接、端口使能、挂起、过流指示、复位和加电。
主机每255ms查询USB集线器让其报告其各个下游设备的状态，如果什么也没有尽管变，集线器简单返回NAK.

状态的改变包括：设备连接，端口使能，挂起，过流指示，复位，加电和拨出等。

2.枚举过程，枚举的作用

枚举的作用就是从设备是那个读取一些信息，知道设备是什么样的设备，然后通信，这样主机就可以根据这些信息安装合适的驱动程序。

总体流程：

USB协议定义了设备的6种状态，仅在枚举过程种，设备就经历了4个状态的迁移：上电状态(Powered)，默认状态(Default)，地址状态(Address)和配置状态(Configured)（其他两种是连接状态和挂起状态（Suspend））
USB设备枚举一般会经过插入、供电、初始化、分配地址，配置，获取设备描述符、获取配置描述符、获取字符串描述符和配置设备这么几个过程。


设备信息描述符以集合分方式发送（传输方式：控制传输）
设备描述符组成：

总结：

3.控制传输

控制传输的特点：

• 高速模式的最大包长固定为64个字节；
• 全速模式可在8、16、32、64字节中选择；
• 低速模式的最大包长固定为8个字节。
• 超高速USB3.0控制端点有固定的最大控制传输的数据有效载荷为 512 字节，最大突发大小为 1.
• 控制传输的应用场合：主要应用于设备的枚举过程（如读取设备描述符，设置地址，设置配置等）和对数据准确性要求较高的场合。

控制传输最大包长度：

控制传输分为三个过程

• 建立过程{ 令牌包}
• 数据过程（可选）{数据包}
• 状态过程{ 握手包}
  
  
  主机给设备把一推数据发送完毕了（OUT事务），主机肯定要请求一个IN事务；/ 同样的，设备把数据发送给主机（IN事务），主机肯定要发起一个OUT事务请求

USB中文网
《USB技术应用与开发》

总结