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USB 基本知識(shí)
USB的重要關(guān)鍵概念: 1,、 端點(diǎn),，位于USB設(shè)備或主機(jī)上的一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū),，用來(lái)存放和發(fā)送USB的各種數(shù)據(jù)，每一個(gè)端點(diǎn)都有惟一的確定地址,，有不同的傳輸特性（如輸入端點(diǎn),、輸出端點(diǎn)、配置端點(diǎn),、批量傳輸端點(diǎn)） 2,、 幀，時(shí)間概念,，在USB中,，一幀就是1MS,，它是一個(gè)獨(dú)立的單元,，包含了一系列總線動(dòng)作，USB將1幀分為好幾份,，每一份中是一個(gè)USB的傳輸動(dòng)作,。 3、上行,、下行：設(shè)備到主機(jī)為上行,，主機(jī)到設(shè)備為下行 一條USB的傳輸線分別由地線、電源線,、D+,、D-四條線構(gòu)成，D+和D-是差分輸入線,，它使用的是3.3V的電壓（注意哦,，與CMOS的5V電平不同），而電源線和地線可向設(shè)備提供5V電壓,，最大電流為500MA（可以在編程中設(shè)置的,，至于硬件的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，就不要管它了）,。 數(shù)據(jù)在USB線里傳送是由低位到高位發(fā)送的,。 USB數(shù)據(jù)是由二進(jìn)制數(shù)字串構(gòu)成的，首先數(shù)字串構(gòu)成域（有七種）,，域再構(gòu)成包,，包再構(gòu)成事務(wù)（IN、OUT,、SETUP）,，事務(wù)最后構(gòu)成傳輸（中斷傳輸、并行傳輸,、批量傳輸和控制傳輸）,。下面簡(jiǎn)單介紹一下域,、包、事務(wù),、傳輸,，請(qǐng)注意他們之間的關(guān)系。 一,、 域是USB數(shù)據(jù)最小的單位,，由若干位組成（至于是多少位由具體的域決定），域可分為七個(gè)類(lèi)型： 1,、 同步域（SYNC）,，八位，值固定為0000 0001,，用于本地時(shí)鐘與輸入同步 2,、 標(biāo)識(shí)域（PID），由四位標(biāo)識(shí)符+四位標(biāo)識(shí)符反碼構(gòu)成,，表明包的類(lèi)型和格式,。 3、 地址域（ADDR）：七位地址,，代表了設(shè)備在主機(jī)上的地址,，地址000 0000被命名為零地址，是任何一個(gè)設(shè)備第一次連接到主機(jī)時(shí),，在被主機(jī)配置,、枚舉前的默認(rèn)地址。 4,、 端點(diǎn)域（ENDP）,，四位，由此可知一個(gè)USB設(shè)備有的端點(diǎn)數(shù)量最大為16個(gè),。 5,、 幀號(hào)域（FRAM），11位,，每一個(gè)幀都有一個(gè)特定的幀號(hào),，幀號(hào)域最大容量0x800。 6,、 數(shù)據(jù)域（DATA）：長(zhǎng)度為0~1023字節(jié),，在不同的傳輸類(lèi)型中，數(shù)據(jù)域的長(zhǎng)度各不相同,，但必須為整數(shù)個(gè)字節(jié)的長(zhǎng)度 7,、 校驗(yàn)域（CRC）：對(duì)令牌包和數(shù)據(jù)包中非PID域進(jìn)行校驗(yàn)的一種方法。 二,、 包由域構(gòu)成,，有四種類(lèi)型,，分別是令牌包、數(shù)據(jù)包,、握手包和特殊包,，前面三種是重要的包，不同的包的域結(jié)構(gòu)不同,，介紹如下 包,，可分為輸入包、輸出包,、設(shè)置包和幀起始包（注意這里的輸入包是用于設(shè)置輸入命令的,，輸出包是用來(lái)設(shè)置輸出命令的，而不是放據(jù)數(shù)的）,，其中輸入包,、輸出包和設(shè)置包的格式都是一樣的：SYNC+PID+ADDR+ENDP+CRC5（五位的校驗(yàn)碼） 1、 幀起始包的格式： SYNC+PID+11位FRAM+CRC5（五位的校驗(yàn)碼） 2,、 數(shù)據(jù)包：分為DATA0包和DATA1包,，當(dāng)USB發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候,，當(dāng)一次發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度大于相應(yīng)端點(diǎn)的容量時(shí),，就需要把數(shù)據(jù)包分為好幾個(gè)包，分批發(fā)送,，DATA0包和DATA1包交替發(fā)送,，即如果第一個(gè)數(shù)據(jù)包是DATA0，那第二個(gè)數(shù)據(jù)包就是DATA1,。但也有例外情況,，在同步傳輸中（四類(lèi)傳輸類(lèi)型中之一），所有的數(shù)據(jù)包都是為DATA0,，格式如下： SYNC+PID+0~1023字節(jié)+CRC16 3,、 握手包：結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單的包，格式如下 SYNC+PID 三,、 事務(wù)分為IN事務(wù),、OUT事務(wù)和SETUP事務(wù)三大事務(wù)，每一種事務(wù)都由令牌包,、數(shù)據(jù)包,、握手包構(gòu)成，每個(gè)包的發(fā)送有一定的時(shí)間先后順序,，因此事務(wù)分為三個(gè)階段： 1,、 令牌包階段：?jiǎn)?dòng)一個(gè)輸入、輸出或設(shè)置的事務(wù) 2,、 數(shù)據(jù)包階段：按輸入,、輸出發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù) 3,、 握手包階段：返回?cái)?shù)據(jù)接收情況，在同步傳輸?shù)腎N和OUT事務(wù)中沒(méi)有這個(gè)階段,，這是比較特殊的,。 1、 IN事務(wù)： 令牌包階段：主機(jī)發(fā)送一個(gè)PID為IN的輸入包給設(shè)備,，通知設(shè)備要往主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù),。 數(shù)據(jù)包階段：設(shè)備根據(jù)情況會(huì)作出三種應(yīng)答（要注意：數(shù)據(jù)包階段也不總是傳送數(shù)據(jù)的， 根據(jù)傳輸情況還會(huì)提前進(jìn)入握手包階段） A,、 設(shè)備端點(diǎn)正常,，設(shè)備往入主機(jī)里面發(fā)出數(shù)據(jù)包（DATA0與DATA1交替）。 B,、 設(shè)備正在忙,，無(wú)法往主機(jī)發(fā)出數(shù)據(jù)包就發(fā)送NAK無(wú)效包，IN事務(wù)提前結(jié)束,。 C,、 相應(yīng)設(shè)備端點(diǎn)被禁止，發(fā)送錯(cuò)誤包STALL包,，事務(wù)也就提前結(jié)束了,，總線進(jìn)入空閑狀態(tài)。 握手包階段：主機(jī)正確接收到數(shù)據(jù)之后就會(huì)向設(shè)備發(fā)送ACK包,。 2,、 OUT事務(wù)： 令牌包階段：主機(jī)發(fā)送一個(gè)PID為OUT的輸出包給設(shè)備，通知設(shè)備要接收數(shù)據(jù),； 數(shù)據(jù)包階段：比較簡(jiǎn)單,，就是主機(jī)會(huì)設(shè)備送數(shù)據(jù)，DATA0與DATA1交替 握手包階段：設(shè)備根據(jù)情況會(huì)作出三種反應(yīng) A,、 設(shè)備端點(diǎn)接收正確,，設(shè)備往入主機(jī)返回ACK，通知主機(jī)可以發(fā)送新的數(shù)據(jù),，如果數(shù)據(jù)包 發(fā)生了CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤,，將不返回任何握手信息； B,、 設(shè)備正在忙,，無(wú)法往主機(jī)發(fā)出數(shù)據(jù)包就發(fā)送NAK無(wú)效包，通知主機(jī)再次發(fā)送數(shù)據(jù),； C,、 相應(yīng)設(shè)備端點(diǎn)被禁止，發(fā)送錯(cuò)誤包STALL包,，事務(wù)提前結(jié)束,，總線直接進(jìn)入空閑狀態(tài),。 3、 SETUT事務(wù)： A,、 令牌包階段：主機(jī)發(fā)送一個(gè)PID為SETUP的輸出包給設(shè)備,，通知設(shè)備要接收數(shù)據(jù)； B,、 數(shù)據(jù)包階段：比較簡(jiǎn)單,，就是主機(jī)會(huì)設(shè)備送數(shù)據(jù)，注意,，這里只有一個(gè)固定為8個(gè)字節(jié)的DATA0包,，這8個(gè)字節(jié)的內(nèi)容就是標(biāo)準(zhǔn)的USB設(shè)備請(qǐng)求命令，共有11條,。 C,、 握手包階段：設(shè)備接收到主機(jī)的命令信息后，返回ACK,，此后總線進(jìn)入空閑狀態(tài),，并準(zhǔn)備下一個(gè)傳輸（在SETUP事務(wù)后通常是一個(gè)IN或OUT事務(wù)構(gòu)成的傳輸）。 四,、傳輸：傳輸由OUT,、IN、SETUP事務(wù)其中的事務(wù)構(gòu)成,，傳輸有四種類(lèi)型：中斷傳輸,、批量傳輸、同步傳輸,、控制傳輸，中斷傳輸和批量轉(zhuǎn)輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)一樣,，同步傳輸有最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu),，而控制傳輸是最重要的也是最復(fù)雜的傳輸。 1,、 中斷傳輸：由OUT事務(wù)和IN事務(wù)構(gòu)成,，用于鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等HID設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸中 2,、 批量傳輸：由OUT事務(wù)和IN事務(wù)構(gòu)成,，用于大容量數(shù)據(jù)傳輸，沒(méi)有固定的傳輸速率,，也不占用帶寬,，當(dāng)總線忙時(shí)，USB會(huì)優(yōu)先進(jìn)行其他類(lèi)型的數(shù)據(jù)傳輸,，而暫時(shí)停止批量轉(zhuǎn)輸,。 3,、 同步傳輸：由OUT事務(wù)和IN事務(wù)構(gòu)成，有兩個(gè)特殊地方,，第一,，在同步傳輸?shù)腎N和OUT事務(wù)中是沒(méi)有返回包階段的；第二,，在數(shù)據(jù)包階段所有的數(shù)據(jù)包都為DATA0 4,、 控制傳輸：最重要的也是最復(fù)雜的傳輸，控制傳輸由三個(gè)階段構(gòu)成（初始設(shè)置階段,、可選數(shù)據(jù)階段,、狀態(tài)信息步驟），每一個(gè)階段可以看成一個(gè)的傳輸,， 控制傳輸其實(shí)是由三個(gè)傳輸構(gòu)成的,，用來(lái)于USB設(shè)備初次加接到主機(jī)之后，主機(jī)通過(guò)控制傳輸來(lái)交換信息,，設(shè)備地址和讀取設(shè)備的描述符,，使得主機(jī)識(shí)別設(shè)備，并安裝相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序,，這是每一個(gè)USB開(kāi)發(fā)者都要關(guān)心的問(wèn)題,。 1、 初始設(shè)置：就是一個(gè)由SET事務(wù)構(gòu)成的傳輸 2,、 可選數(shù)據(jù)：就是一個(gè)由IN或OUT事務(wù)構(gòu)成的傳輸,，這個(gè)步驟是可選的，要看初始設(shè)置步驟有沒(méi)有要求讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)（由SET事務(wù)的數(shù)據(jù)包階段發(fā)送的標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求命令決定） 3,、 狀態(tài)信息：獲取狀態(tài)信息,，由IN或OUT事務(wù)構(gòu)成的傳輸，但是要注意這里的IN和OUT事務(wù)和之前的INT和OUT事務(wù)有兩點(diǎn)不同： A,、傳輸方向相反,，通常IN表示設(shè)備往主機(jī)送數(shù)據(jù)，OUT表示主機(jī)往設(shè)備送數(shù)據(jù),；在這里,，IN表示主機(jī)往設(shè)備送數(shù)據(jù)，而OUT表示設(shè)備往主機(jī)送數(shù)據(jù),。 B,、在這個(gè)里，數(shù)據(jù)包階段的數(shù)據(jù)包都是0長(zhǎng)度的,，即SYNC+PID+CRC16 總結(jié)：USB的最小單元是“域”,，由“域”構(gòu)成了“包”，在由“包”構(gòu)成了“事務(wù)”，最后由“事務(wù)”構(gòu)成了“傳輸”,，在應(yīng)用層面,，我們看到的只是傳輸，所以USB協(xié)議棧就需要完成傳輸以下的所有事情,。這對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的USB協(xié)議棧提出了最基本的要求,。 |
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