USB2.0 协议中文版整理
日期
版本
说明
修订人
2019/07/06
V1.0
初稿
FengJungle
2020/02/15
V1.1
1.修改中文版章节结构
2.增加 USB 协议实例
3.完善电气规范部分
FengJungle
目录
1 简介 ................................................................................................................................... 5
1.1 Bus Topology ........................................................................................................ 5
1.1.1 USB host ....................................................................................................... 6
1.1.2 USB device.................................................................................................... 6
1.2 USB 总线协议 ...................................................................................................... 7
1.3 鲁棒性 ................................................................................................................... 7
1.4 USB 设备的拔插 .................................................................................................. 7
2 USB 数据流模型 .............................................................................................................. 8
2.1 Implementer Viewpoints ....................................................................................... 8
2.2 USB 总线拓扑 ...................................................................................................... 9
2.3 USB Communication Flow ................................................................................... 9
2.3.1 设备端点 .................................................................................................... 10
2.3.2 管道 ............................................................................................................ 11
2.4 传输（Transfers） .............................................................................................. 11
2.4.1 控制传输（Control Transfers） ................................................................ 12
2.4.2 中断传输（Interrupt Transfers） .............................................................. 15
2.4.3 批量传输（Bulk Transfers） .................................................................... 16
2.4.4 同步传输（Isochronous Transfers）......................................................... 17
2.4.5 分离传输（Split Transaction） ................................................................. 18
3 USB 物理规范和电气规范 ............................................................................................ 18
3.1 USB 线缆 ............................................................................................................ 18
3.2 电气规范 ............................................................................................................. 19
3.2.1 USB 的插入检测机制 ................................................................................ 19
3.2.2 高速设备握手识别 .................................................................................... 19
3.2.3 信号 ............................................................................................................ 21
4 USB 通信协议 ............................................................................................................... 26
4.1 字节顺序 ............................................................................................................. 26
4.2 USB 数据格式 ................................................................................................... 27
4.2.1 域（Field）................................................................................................ 28
4.2.2 包（Packet） ............................................................................................. 30
4.2.3 事务（Transaction） ................................................................................. 31
5 USB Device Framework ................................................................................................. 34
5.1 USB 设备状态 .................................................................................................... 34
5.1.1 连接(Attached) ........................................................................................... 34
5.1.2 上电(Powered) ........................................................................................... 35
5.1.3 默认状态(Default) ..................................................................................... 35
5.1.4 地址(Address) ............................................................................................ 35
5.1.5 配置状态(Configured) ............................................................................... 36
5.1.6 挂起状态(Suspended) ................................................................................ 36
5.2 总线枚举(Bus Enumeration) .............................................................................. 36
5.3 USB 请求处理的限制 ........................................................................................ 38
5.4 设备请求 ............................................................................................................. 38
5.5 标准设备请求 ..................................................................................................... 40
5.5.1 Clear Feature ............................................................................................... 42
5.5.2 Get Configuration ........................................................................................ 42
5.5.3 Get Descriptor ............................................................................................. 42
5.5.4 Get Interface ................................................................................................ 44
5.5.5 Get Status .................................................................................................... 44
5.5.6 Set Address .................................................................................................. 45
5.5.7 Set Configuration ........................................................................................ 46
5.5.8 Set Descriptor .............................................................................................. 47
5.5.9 Set Feature ................................................................................................... 47
5.5.10 Set Interface .............................................................................................. 48
5.6 描述符(Descriptor ) ............................................................................................ 48
5.6.1 设备（Device） ........................................................................................ 48
5.6.2 设备限定（Device_Qualifier） ................................................................ 50
5.6.3 配置（Configuration） ............................................................................. 51
5.6.4 其他速度配置（Other_Speed_Configuration） ....................................... 52
5.6.5 接口（Interface） ...................................................................................... 52
5.6.6 端点（Endpoint） ..................................................................................... 53
5.6.7 字符串（String） ...................................................................................... 54
6 USB Hub ......................................................................................................................... 55
7 参考资料 ......................................................................................................................... 55
1 简介
本章对应于 USB2.0 协议第 4 章。
USB（Universal Serial Bus）是一种支持热插拔的高速串行传输总线，它使用差分信号
来传输数据。在 USB1.0 和 USB1.1 版本中，只支持 1.5Mb/s 的低速（low-speed）模式和 12Mb/s
的全速（full-speed）模式，在 USB 2.0 中，又加入了 480Mb/s 的高速模式，USB3.0(super speed)，
传输速率最大 5Gbps。USB2.0 被设计成为向下兼容的模式，当有全速（USB 1.1）或者低速
（USB 1.0）设备连接到高速（USB 2.0）主机时，主机可以通过分离传输来支持它们。一条
USB 总线上，可达到的最高传输速度等级由该总线上最慢的“设备”决定。
USB 体系包括 USB host（主机）、USB device(设备)以及物理连接(USB interconnect) 三
个部分。其中，设备(USB device) 又分为 USB function 和 USB Hub。USB interconnect 是
USB 设备连接到主机并与之通信的方式。
1.1 Bus Topology
USB 上的设备通过分层的星形拓扑物理连接到主机，如下图所示。USB 连接点由称为
集线器的特殊类别的 USB 设备提供。集线器提供的附加连接点称为端口。主机包括称为根
集线器的嵌入式集线器。主机通过根集线器提供一个或多个连接点。为主机提供附加功能的
USB 设备称为功能。为了防止循环附件，USB 层的星形拓扑结构上采用了分层排序。
图 1 Bus Topology（USB2.0 Fig4-1）
