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USB 基本知识
USB的重要关键字 :
1、端点:位于 USB设备或主机上的一个数据缓冲区,用来存放和发送 USB的各
种数据, 每一个端点都有惟一的确定地址, 有不同的传输特性(如输入端点、 输
出端点、配置端点、批量传输端点)
2、帧:时间概念,在 USB中,一帧就是 1MS,它是一个独立的单元,包含了一
系列总线动作, USB将 1 帧分为好几份,每一份中是一个 USB的传输动作。
3、上行、下行:设备到主机为上行,主机到设备为下行
下面以一问一答的形式开始学习吧。
问题一: USB的传输线结构是如何的呢?
答案一:一条 USB的传输线分别由地线、电源线、 D+、D-四条线构成, D+和 D-
是差分输入线,它使用的是 3.3V 的电压(注意哦,与 CMOS的 5V电平不同),
而电源线和地线可向设备提供 5V电压,最大电流为 500MA(可以在编程中设置
的,至于硬件的实现机制,就不要管它了)。
问题二:数据是如何在 USB传输线里面传送的
答案二:数据在 USB线里传送是由低位到高位发送的。
问题三: USB的编码方案?
答案三: USB采用不归零取反来传输数据,当传输线上的差分数据输入 0 时就取
反,输入 1 时就保持原值, 为了确保信号发送的准确性, 当在 USB总线上发送一
个包时,传输设备就要进行位插入操作 (即在数据流中每连续 6 个 1 后就插入一
个 0),从而强迫 NRZI码发生变化。这个了解就行了,这些是由专门硬件处理
的。
问题四: USB的数据格式是怎么样的呢?
答案四:和其他的一样, USB数据是由二进制数字串构成的,首先数字串构成域
(有七种),域再构成包,包再构成事务( IN、OUT、SETUP),事务最后构成传
输(中断传输、并行传输、批量传输和控制传输)。下面简单介绍一下域、包、
事务、传输,请注意他们之间的关系。
(一)域:是 USB数据最小的单位, 由若干位组成(至于是多少位由具体的域决
定),域可分为七个类型:
1、同步域( SYNC),八位,值固定为 0000 0001,用于本地时钟与输入同步
2、标识域( PID),由四位标识符 +四位标识符反码构成,表明包的类型和格式,
这是一个很重要的部分,这里可以计算出, USB的标识码有 16 种,具体分类请
看问题五。
3、地址域( ADDR):七位地址,代表了设备在主机上的地址,地址 000 0000
被命名为零地址, 是任何一个设备第一次连接到主机时, 在被主机配置、 枚举前
的默认地址,由此可以知道为什么一个 USB主机只能接 127 个设备的原因。
4、端点域( ENDP),四位,由此可知一个 USB设备有的端点数量最大为 16 个。
5、帧号域( FRAM), 11 位,每一个帧都有一个特定的帧号,帧号域最大容量 0
x800,对于同步传输有重要意义(同步传输为四种传输类型之一,请看下面)。
6、数据域( DATA):长度为 0~1023字节,在不同的传输类型中,数据域的长度
各不相同,但必须为整数个字节的长度
7、校验域( CRC):对令牌包和数据包(对于包的分类请看下面)中非 PID 域进
行校验的一种方法, CRC校验在通讯中应用很泛,是一种很好的校验方法,至于
具体的校验方法这里就不多说,请查阅相关资料,只须注意 CRC码的除法是模 2
运算,不同于 10 进制中的除法。
(二)包:由域构成的包有四种类型, 分别是令牌包、 数据包、握手包和特殊包,
前面三种是重要的包,不同的包的域结构不同,介绍如下
1、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)
(上面的缩写解释请看上面域的介绍, PID 码的具体定义请看问题五)
帧起始包的格式:
SYNC+PID+11位 FRAM+CRC5(五位的校验码)
2、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, D
ATA0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
3、握手包:结构最为简单的包,格式如下
SYNC+PID
(注上面每种包都有不同类型的, USB1.1共定义了十种包,具体请见问题五)
(三)事务:分别有 IN 事务、 OUT事务和 SETUP事务三大事务,每一种事务都
由令牌包、 数据包、握手包三个阶段构成, 这里用阶段的意思是因为这些包的发
送是有一定的时间先后顺序的,事务的三个阶段如下:
1、令牌包阶段:启动一个输入、输出或设置的事务
2、数据包阶段:按输入、输出发送相应的数据
3、握手包阶段: 返回数据接收情况, 在同步传输的 IN 和 OUT事务中没有这个阶
段,这是比较特殊的。
事务的三种类型如下(以下按三个阶段来说明一个事务):
1、 IN 事务:
令牌包阶段——主机发送一个 PID 为 IN 的输入包给设备,通知设备要往主机发
送数据;
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czq131452007
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