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USB基础讲解(令牌包、数据包、握手包分折)
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2010-11-16
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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
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第1页USB基本知识 -- caiming_138's Blog
2009-4-8 17:37:35opera:78
USB基本知识
快速USB学习(单片机应用)
(由FLASHMAN编写,QQ28479691,如要转载请注明出处)
USB的优点相信大家都知道了,而且还很赚钱,嘿嘿,这里就不多说,不懂的就去看看书吧,这里要说的是如何快速掌握USB技术。这
篇文章一方面是我对USB学习的一个总结,另一方面是为了方便初学者入门学习。学习USB,一本好的教材是少不了的,我以前看过了
很多关于USB的书,但是大部分的书都看得不明不白,原因是编者没有从初学者的角度来考虑问题,这里要推荐的书是由马伟编著的
《计算机USB系统原理及其主/从机设计》,书中非常系统地向读者展示了USB的原理体系。
在进入学习之前,先认识一下USB的重要关键字,这些关键字也是在以下的学习里面将出现的字眼:
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0x800,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,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
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;
数据包阶段——设备根据情况会作出三种反应(要注意:数据包阶段也不总是传送数据的,根据传输情况还会提前进入握手包阶段)
1) 设备端点正常,设备往入主机里面发出数据包(DATA0与DATA1交替);
2) 设备正在忙,无法往主机发出数据包就发送NAK无效包,IN事务提前结束,到了下一个IN事务才继续;
huangtaicheng1819
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