USB通讯协议 && 数据传输

只看该作者 · 2019-5-28 22:15

1.包（packet）
包是USB系统中信息传输的基本单元，所有数据都是经过打包后在总线上传输的。USB包由五部分组成，同步字段（sync）、包标识符（PID）、数据字段、CRC和包结尾字段（EOP）。

包类型（由PID区分）：
令牌：OUT IN  SOF  SETUP
数据：DATA0  DATA1
握手：ACK  NAK  STALL
特殊：PRE

只看该作者 · 2019-5-28 22:16

2.事务（transaction）
USB系统上一次接收或发送的处理过程称为事务。事务处理的类型有：输入事务，输出事务，设置事务，帧开始，帧结尾
还有一个特殊的事务类型：拆分事务（split transaction），用来支持高速hub上连接低速或全速设备。这种特殊事务类型只是和host和hub有关，但是对设备是透明的。

只看该作者 · 2019-5-28 22:16

3.传输
控制传输、中断传输、批量传输、等时传输

所有的四种传输方式都由上面的事务来处理，也就是说传输由不同类型的事务组成，事务由不同类型的包的收发组成

只看该作者 · 2019-5-28 22:17

包传送和frame的关系？帧（frame）和微帧（microframe）
USB总线上的传输由帧组成。
低速或全速设备通过帧来传送，周期1ms
高速设备通过微帧，周期125us

host每1ms产生SOF包（相当于微帧的时候是每8个微帧产生一个SOF包）
一个帧可以包含多个事务。每N个帧总线会分配带宽给中断传输或是等时传输

可以这么理解：总线时隙分成一个个帧，每个帧里面由事务组成。host controller的作用就是根据传输类型合理分配这些事务在总线上的调度。

只看该作者 · 2019-5-28 22:19

USB 最主要的的是要理解 USB主机发送命令给设备，设备要对主机的命令进行响应， USB通讯的基本单位为 “包” 理解好“包”这个概念是学习USB的关键所在。
包有如下分类：
分别是令牌包、数据包、握手包和特殊包（其实是由PID决定的）
令牌包：可分为输入包、输出包、设置包和帧起始包（注意这里的输入包是用于设置输入命令的，输出包是用来设置输出命令的，而不是放据数的）其中输入包、输出包和设置包的格式都是一样的：
SYNC+PID+ADDR+ENDP+CRC5（五位的校验码）
帧起始包：
SYNC+PID+11位FRAM+CRC5（五位的校验码）
数据包：分为DATA0包和DATA1包，当USB发送数据的时候，当一次发送的数据长度大于相应端点的容量时，就需要把数据包分为好几个包，分批发送，DATA0包和DATA1包交替发送，即如果第一个数据包是DATA0，那第二个数据包就是DATA1。但也有例外情况，在同步传输中（四类传输类型中之一），所有的数据包都是为DATA0，格式如下：
SYNC+PID+0~1023字节+CRC16
握手包：结构最为简单的包，格式如下
SYNC+PID

只看该作者 · 2019-5-28 22:19

下面举几个例子来说明USB的通讯过程：
1：主机想要向设备传送一串数据。过程如下：
（1）主机向从机发送 “令牌包”，令牌包的类型为输出包，表示主机要向从机发送数据了。
（2）主机向从机发送完令牌以后，USB处理器件根据发送的令牌，会将中断状态寄存器标志置位，从机CPU通过查询USB处理器件的中断状态寄存器，对主机的令牌包进行响应
（3）从机判别出中断类型，于是，准备从主机接收数据。
（4）从机准备好了，于是主机开始发送“数据包” 这时，USB处理器件会自动将从主发送过来的数据放如它的内部缓冲区内，接收完这个数据包后，从机向主机发送“应答包”
这就是一个完整的通讯过程。

只看该作者 · 2019-5-28 22:19

由以上可以看出，USB若是想要传送数据，那么主机必须先发一个 IN 或OUT的令牌包，然后发送DATA0，或DATA1数据包。
简单的用现实生活中的事件进行描述：  老板想让员工去做一件事情，老板先会发出命令，告诉要做什么事情，员工准备好以后呢，老板再把做这件事情的经费发放给员工，当员工把发放的经费清点以后，发现数目正确，他会给老板一个回应信息，告诉老板，钱已经收到了，而且数目正确。
老板想让员工做的事：  对应USB通讯里的令牌包。
老板想要发放的经费：  对应USB通讯里的数据包。
员工给老板的回应：对应USB通讯里的握手包。

只看该作者 · 2019-5-28 22:20

这里尤其需要注意一个问题就是：
USB主机向设备发送令牌包的时候，接收令牌是有USB器件来完成的，而不是有从机CPU来完成的，如主机发送一个如下的令牌：
SYNC+PID+ADDR+ENDP+CRC5
USB器件回根据PID的类型来判断是哪种类型的令牌根据ADDR的值来判断是否是和自己通讯，根据ENDP的值来判断是和哪个端点进行通讯，根据校验来判断，数据传送是否无误。根据以上的令牌包信息，USB器件会将其内部的中断状态寄存器相应的位置位，从机CPU可以查询这个中断状态寄存器来进行相应的操作。