[APM32F407]

简单归纳USB设备开发必备的基础知识

[复制链接]
297|3
手机看帖
扫描二维码
随时随地手机跟帖
Fordhs168|  楼主 | 2022-11-1 14:48 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 Fordhs168 于 2022-11-1 14:52 编辑

#技术资源# 简单归纳了USB设备开发必备的基础知识(文字有点多,可以跟着小标题慢慢看
一、开发学习USB的一些相关网站和论坛
       a、21IC的USB专区 https://bbs.21ic.com/icfilter-typeid-53-203.html       b、其他网站CSDN等

二、USB的低速模式和全速模式,采用的是电压传输模式。高速模式,则采用的是电流传输模式。
       a、
USB传输速率:USB1.1是12M/s;USB2.0是480M/s (其他通信接口:PS2 10M/s;并口 8M/s; R-232 20KB/S)高速 480M/s,全速12M/s,低速1.5M/s
       b、平时无数据传输时,总线处于空闲状态。当需要传输一次事务时,主机发送一个令牌包,它可以是OUT令牌包、IN令牌包或者是PING令牌包,其中PING令牌包是USB2.0高速模式输出特有的,全速模式和低速模式没有这个令牌包。
       c、USB拓扑结构,一个HOST做多可接6层,每层最多允许接5个Device,总共同时可接127个Device(实际不会做到那么多)。
       d、 USB信号编码方式:反向不归零编码(0变1不变)

三、USB描述符间的关系
        a、设备描述符--决定了有多少种配置
        b、配置描述符--定义了有多少个接口
        c、接口描述符--定义了该接口有多少个端点
        d、(类特殊描述符,如果有,在接口描述符之后)
        e、端点描述符--定义端点的大小、类型
            (主机首先会获取设备描述符,再获取配置描述符,再获取接口描述符,根据配置描述符中的配置集合总长度,一次将配置描述符、接口描述符、类特殊描述符(如果有)、端点描述符一次读回)
       f、字符串描述符--是单独获取,主机发送字符串描述符请求以及字符串索引号、语言ID来获取对应的字符串描述符。


五、USB设备的枚举过程
        a、检测到USB插入,就对设备进行复位,复位后USB设备再总线上的地址为0。USB主机往地址0的设备端点0发送设备描述符的标准请求(控制传输的建立过程)。然后,USB设备收到请求,按照主机要求返回设备描述符给到主机。主机成功获取并确认正确后就返回一个0长度的确认数据包给设备,从而进入到下一阶段的设置地址阶段。
        b、主机对设备再复位一次。这时进入设置地址阶段。USB主机往地址0发出一个设置地址的请求(控制传输的建立过程),新设备地址包含在建立过程的数据包中。主机分配一个地址给刚插入的设备。USB设备收到这个建立过程后,就进入到状态过程,因为这个控制传输没有数据过程。 设备等待主机请求状态返回一个输入令牌包,收到输入令牌包后,设备就返回0长度的状态数据包。主机收到并确认,返回ACK应答包给设备,设备收到ACK后就开始启用新地址。
        c、主机再次获取设备描述符(使用新设备地址,而不是地址0)。需要获取全部18字节的设备描述符,如果端点0最大包小于18字节,主机则对此请求数据输入,发送多个IN令牌包。
        d、主机获取配置描述符,再根据配置描述符的描述获取配置集合总长度(获取配置集合)。配置集合包括配置描述符接口描述符、类特殊描述符(如果有)、端点描述符等。后三个不能单独获取,要以集合方式返回。
        e、此外,字符串描述符,报告描述符等,有的话都是要单独获取的。


六、USB包结构
  • 包的6部分组成
        a、同步字段(SYNC)--同步域告诉USB的串行接口引擎数据要开始传输了。同步主机端和设备端的数据时钟。
        b、包标识符(PID)--标识包的类型,总共8位,USB协议只用到4位(PD0~3),另外4位是PD0~3的取反,用来校验PID。
        i、USB协议规定四类包
            1、令牌包(token packet.PID1~0为01)
            2、数据包(data packet.PID1~0为11)
            3、握手包(handshake packet.PID1~0为10)
            4、特殊包(special packet.PID1~0为00)
        c、地址字段(ADDR)
        d、数据字段(DATA,包括帧号)
        e、检验字段(CRC)
        f、包结束(EOP)--全速、低速设备的EOP是一个大约为2个数据位宽度的单端0(SE0)信号。SE0就是D-D+都是低电平。
    USB2.0定义的各种PID
biao1.png    

七、USB四种传输类型
        a、批量传输(批量事务bulk transation)
            i、一次批量事务有三个阶段:令牌包阶段、数据包阶段、握手包阶段。每个阶段都是独立的包。
            ii、批量输出事务
                1、发一个OUT令牌包(包含设备地址、端点号)
                2、发一个数据包(数据包类型看数据切换位)。地址和端点匹配的设备就收下这个数据包。
                3、主机切换到接受模式,等设备返回握手包
                    * 返回ACK或者NYET(高速模式下),设备解码令牌包、数据包都正确无误,并且足够缓冲区来保存数据
                    * 返回NAK,数据正确,并且没有能力接收下一次传输,没有足够的缓冲区保存数据。
                    * 返回STALL,设备数据正确,但是端点处于挂起状态。
                    * 设备检测数据有错误,不做响应,让主机等待超时
            iii、批量输入事务
                1、发一个IN令牌包(包含设备地址、端点号)
                2、主机切换到接受状态,等待设备返回数据。
        b、中断传输
         跟硬件中断是不一样的,不是设备发出的一个中断请求,而是主机设备主动保证在不大于某个时间间隔内安排一次传输。
         中断传输用于传输数据量不大,对时间比较严格的设备中。如HID设备的鼠标、键盘等。
        c、同步传输
         数据量大,实时性高的场合。数据出错不重传,没有应答包。
        d、控制传输
            i、有三个过程:建立过程,可选的数据过程,状态过程
                建立过程--使用建立事务(一个输出数据的过程),和批量传输的输出事务有几个点不一样。令牌包不一样,建立过程使用的是SETUP令牌包,数据包类型不一样,SETUP只能使 用DATA0包,握手包不一样,只能使用ACK应答(除非出错不应答)
                数据过程--(可选,控制传输可能没有数据过程),可以包含一笔或者多笔数据事务,和批量传输的批量事务一样。控制写传输中,数据过程的所有数据事务都是输出。控制读传输中,数据过程的所有数据事务都是输入。
                状态过程--也是一笔批量事务,跟数据过程相反,控制写传输在状态过程是一个批量输入事务。控制读传输在状态过程是一个批量输出事务。状态过程只是用DATA1包。
            ii、控制传输要保证数据传输的完整性。如设备枚举过程,各种描述符的获取、地址信息、设备配置信息等都是控制传输。
33.png


八、端点类型和传输类型的关系
        a、一个具体的端点,只能工作在一种传输模式下。工作在什么模式下的端点,就叫做什么端点。如控制端点、批量端点。
        b、端点0是每一个USB设备都默认的控制端点。上电就存在且可用。


九、传输类型和端点的最大包长
        a、控制传输的端点
          低速模式:固定8字节
          高速模式:固定64字节
          全速模式:8、16、32、64字节可选
        b、同步传输的端点
          低速模式:不支持同步
          高速模式:上限1024字节
          全速模式:上限1023字节
        c、中断传输的端点
          低速模式:上限8字节
          高速模式:上限1024字节
          全速模式:上限64字节
        d、批量传输的端点
          低速模式:不支持批量传输        
          高速模式:固定512字节
          全速模式:8、16、32、64字节可选










使用特权

评论回复
Fanexs168| | 2022-11-4 10:39 | 显示全部楼层
顶一下

使用特权

评论回复
cainiao518| | 2022-11-14 17:33 | 显示全部楼层
赞一个

使用特权

评论回复
Peixu| | 2022-11-15 10:59 | 显示全部楼层
666

使用特权

评论回复
发新帖 我要提问
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则