usb3.0协议规范中文解读

usb3.0 协议规范中文解读篇一：协议规范中文解读与的特性比较 超速结构 超速总线是一个分层的通讯结构，如下图所示： 协议层：协议层在主机和设备间定义了 end-to-end 通讯规则。超速协议在主机和设备端点(endpoint)之间提供应用数据信息交换。这个通讯关系叫做管道(pipe)。 它是主机导向的协议，意味着主机决定什么时候在主机和设备间进行应用数据传输。设备可以通过一个特定端点向主机发起异步请求服务，所以它不是一个轮询协议（为轮询协议） 。 数据可以连续突发传输，提高总线效率。 对某些传输类型（块传输） ，协议提供流控支持。 SS 设备可以异步发送，通知主机，设备的功能状态发生改变。而不是轮询的方式。设备端点可以通过设备异步发送的“ready”包（ERDY TP）通知主机进行数据发送与接收，主机对于“ready”通知，如果有有效的数据发送或者缓存接收数据，会添加管道。 主机发送包含主机时间戳的特殊包头（ITP）到总线上，该值可以用于保持设备和主机同步（如果需要的话） 。 超速 USB 电源管理： 链路电源管理的关键点是： 设备向主机发送异步“ready”通知 包是有路由路径的，这样就允许不参与数据通讯的链路进入或仍旧停留在低电源状态。 如果包送到一个处于低电源状态的端口，这个端口会切换到退出低电源状态并指示这是个切换事件。 设备： 超速需要支持对默认的控制管道的规定。 HUB 设备： 因为向下兼容，为支持双总线结构， HUB 在逻辑上是两个 HUB 的组合：一个 HUB 和一个 HUB。连接到上游端口的电源和地线是共享的。 集线器参与到一个端到端的协议中，所承当的工作： 路由选择输出的包到下游端口。 输入包混合传递到上游端口 当不在低功耗状态下时，向所有下游端口广播时间戳包（ITP） 当在一个低功耗状态的端口检测到包时，集线器将目标端口转变成退出低功耗状态，通知主机和设备（带内）包遭遇到了一个在低功耗状态的端口。 主机(Hosts)： 一个主机通过主控器和 USB 设备互连。为了支持双总线结构，主控器必须包括超速（）和部分，这样可以同时管理每一个总线上主机和设 备间的控制、状态和信息交换。主机含有几个根下行端口实现超速 USB 和，主机通过这些端口： 检测 USB 设备的连接和移除； 管理主机和设备间的控制流； 管理主机和设备间的数据流； 收集状态和活动统计； 对连接的设备供电； USB 系统软件继承了的结构，包括： 设备枚举和配置； 规划周期性和异步数据传输； 设备和功能电源管理； 设备和总线管理信息。 数据流模型： 超速 USB 集成了的数据流模型，包括： 主机和设备间的数据和控制交换通过管道（pipe）进行 ，数据传输在主机软件和指定的设备端点间进行。 设备可以有不止一个的活动管道，有两种类型的管道：流式管道（数据）和消息管道（控制） ，流式管道没有定义的结构，消息管道有指定的结构（请求的结构） 。管道相关联的是数据带宽，传输类型（见下面描述） ，端点属性，如传输方向与缓冲大小。 大多数管道在系统软件对设备进行配置后才存在，但是当设备上电在默认的状态后，一个消息管道即默认的控制管道总是存在的。提供权限访问设备的配置，状态和控制信息。 一个管道支持定义的四种传输类型的一种(管道和端点属性一致)。 海量传输类型（bulk）在超速中进行了扩展，叫做流（stream） 。流式提供在协议级支持在标准块传输管道中多路传输多个独立的逻辑数据流。 第四章 超速数据流模型 超速通信流 SS 保持相似的观念和机理，支持端点，管道和传输类型。参考协议。 端点的属性（最大包尺寸（端点缓存大小） ，突发大小等）被记录在描述符中和 SS Endpoint Companion Descriptor。正如在中，端点是使用三个参数组成的地址来验证（设备地址，端点号和方向） 。所有的 SS 设备必须起码在默认控制管道（端点 0）开始执行。 管道 一个超速管道是一个设备上的端点和主机软件的连接。管道代表拥有缓存空间的主机软件和设备端点之间传输数据的能力，和有相同的过程。主要的区别在于当超速的非同步端点忙时，会返回一个没有准备好（NRDY）应答，当它想又要服务时必须发送准备好（ERDY）通知。主机在下一个传输类型限制下的有效时机中重新安排事务。 超速协议综述： 正如在结构总览那章中提到的，超速协议是利用双差分数据线的物理层。所有的的类型都可以被高速协议支持。协议之间的区别在于下面要首先讨论的超速中使用的包的描述。 与的区别： 在框架上，超速是向后兼容的，但是二者在协议上还是有一些重大的不同： 的 transaction 有三部分(令牌（token） 、数据（data）和握手(handshake)，超速也是这三部分但是用法不同（令牌包集成在头包和 DPH 中，各种类型的握手包都是 TP 包形式） ；对于 OUT 事务，令牌被合并在数据包中；对于 IN 事务，令牌被握手包代替。 不支持突发（bursting） ，超速支持持续突发； 是半双工(half-duplex)的广播总线，超速是 dual-simplex（全双工）的非广播总线，支持同时进行 IN、OUT transaction； 使用轮询模式，超速使用异步通知方式； 不支持流能力，超速支持海量(bulk)端点的 Stream方式； 在同步传输(isochronous)间隔中没有进入低耗电状态的机制，超速则允许同步传输服务间隔中自动进入低耗电状态（不服务的时间段进入低功耗） ；SS 主机在服务间隔前发送一个 PING 包到目标同步设备允许开始同步传输之前转变成电源活动状态。 设备无法通知主机自己在进入低耗电状态前可容忍的延迟时间（设备通知主机自己进入低功耗状态的最长延迟时间） ，超速则提供 Latency Tolerance 消息； 以固定的 1ms/125us 间隔发送帧包/小帧包（USB 全速和高速模式） 。超速下，设备可以发送 Interval Adjustment 消息给主机调整间隔 125us 一直到+/-； 电源管理总是主机导向（主机初始化）的，超速链路两端都支持电源管理；因此不管何时需要空闲，需要退出，需要通信，每个链路能独立的进入低电源状态。 仅在每个 transaction 进行 end-to-end 级别的错误检测、恢复、流控，超速在 end-to-end（数据包重试）和链路级别（头包重试）分割这些功能。 比较和超速的事务处理(Transaction) 超速全双工总线物理层允许同时进行双向的通信。超速协议允许收到握手包之前发送多个数据包（突发） 。对于OUT 传输，包含在令牌包中的信息（设备地址和端点信息）被合并在数据包头里面，因此不需要额外令牌包。对于输入传输 IN，超速主机发送一个握手包（ACK）给设备以请求数据（和指示数据是否正确） 。设备可以通过返回数据或者返回 STALL 握手包来应答，或者返回一个没准备好(NRDY)握手包延迟传输直到设备准备好了。 的包是广播方式，每个连接的设备解析每个包的地址、端点、方向信息来决定自己是否应该响应。超速包有路由信息，HUB 决定每个包要送达哪个设备，只有一个例外，等时时间戳包（Isochronous Timestamp Packet， ITP）广播到每一个设备。 的查询方式已经被异步通知代替。超速传输通过主机发出一个请求来开始传输，后面跟随着设备的应答。如果设备能接受请求，它就接收数据或者发送数据；如果端点停止了，设备应该以 STALL 握手包响应；如果设备由于缺少缓存空间或者没有数据而不能接受请求，应该以 NRDY 应答告诉主机现在还不能处理请求。当等到设备能接受请求时，设备会主动发送一个端点准备好（ERDY）异步通知给主机然后主机会重新安排传输事务。 单路传送和有限制的多点广播的包以及异步通知，都允许没有活跃传输包的链路进入一个降低功耗状态，上游和下游端口共同决定它们的链路进入一个低功耗状态，集线器会传递到上游端口。通过允许链路伙伴独立控制它们的链路电源状态，集线器将任意下游端口可见的最高链路电源状态传递到上游端口，使总线快速进入最低允许电源状态。 超速包介绍： 超速包以 16 字节的头部开始。一些包只包含有头部（TP，LMP,ITP） 。所有的头部以用于决定包处理方式的包类型信息开始。头部有 16 位 CRC 保护，以 2 个字节链路控制字（link control word）结束。依赖于类型，大多数包包含有路由信息（路由字符）和一个三参数的设备地址（设备地址，端点号和方向） 。路由字符给主机用来指导包被发送到被指向的拓扑路径。设备发送的包被集线器默认路由选择，集线器总是把数据从任何可见的下游端口传到上游端口（这一过程不需要路由信息） 。 有四种基本类型的包：（协议层） Link Management Packet(LMP)，只穿过一对直接连接的端口（链路两端） ，主要用来管理链路。 Transaction Packet(TP，事务包)，穿过所有直接连接主机与设备的链路，用来控制流式数据包，配置设备和集线器等（任何传输类型的事务处理都用到） 。注意一个Transaction Packet 是没有数据的。 （控制命令包，TP 包就是一个包头（DPH） ） Data Packet(DP)，穿过所有直接连接主机与设备的链路，数据包有两部分组成，一个和 TP 包相似的数据包头(DPH)和带有数据块加上用来确保数据完整性的 32 位 CRC的数据包（DDP） Isochronous Timestamp Packet(ITP)。它被主机用来多点广播到所有的活动的链路上。 对传输(transfer)的一般性描述： 每一个发送给接收器的非同步数据包通过一个握手包（ACK TP）被应答（同步端点不应答，非同步端点要为每个收到的数据包进行应答，以报告是否正确传输和是否要重传） ，但是由于超速有独立的发送与接收路径，所以发送器不必在发送下一个包之前为每次传输的数据包等待一个握手（超速 USB 的一个特色：同时进行发送数据与接收应答，当设备检测到数据包错误时或者端点错误，没准备好等，都会通过在应答 TP 包中反应给主机，主机收到的应答TP 包中记录出错的包顺序号，于是主机从错误的那个顺序号开始重新发送包） 。 超速保护所有的基本数据流和定义的传输观点，包括传输类型，管道和基本数据流模式。和的区别在这章被讨论，开始是协议层，然后是传输类型。 规范利用一系列事务处理的模式。这从本质上意味这主机是在开始下一次事务前完成这一次总线处理（令牌，数据和握手） 。分离事务处理也坚持这相同模式，因为他们由完整的高速事务组成，类似所有其他事务在相同的模式下完成。 超速通过实施发送与接受同步改善了事务的协议。因此超速 USB 事务处理协议本质上是一个分离的事务处理协议，它允许在同一时间不止一个 OUT 总线事务处理（设备可以多个）和至多一个 IN 总线事务处理（主机只有一个）在总线上活动。设备对事务处理的应答的命令是确定在每个端点基础上（例如，如果一个端点接收三个 DP 包，端点必须为每一个 DP 包返回 ACK TP 告知收到 DP 包） 。 协议要在继续下一个总线事务处理之前完成整个 IN或 OUT 事务（令牌，数据和握手包连续传输） ，所有的来自主机的传输本质上是广播到总线上的每一个活动设备，与之比较起来，超速协议不进行广播任何包（ITP 除外） ，包只穿过需要达到目标接收方的链路，主机通过发送握手请求（ACK TP）或者发送数据（OUT）开始所有的事务，设备以数据或者握手来应答。假如设备没有有效的数据（IN）或者不能接受数据(OUT)，它会以一种包（NRDY）来应答以指示不能进行此操作。之后，当设备准备好发送或者接收数据时，它会发送一个包给主机指示它已经准备好重新进行事务处理。除此之外，超速提供将链路转变成指定的低电源状态或者退出低电源状态的能力。低电源链路状态可以在软件使能 篇二：线材规范(中文版)电缆施工和线定义 本节讨论了 USB 电缆，电缆施工，线任务，并线计。将在第规定的性能要求。 电缆施工 图 5-15 显示了 USB 电缆横截面。有三组线：UTP 信号对，屏蔽差分对（SDP，双绞线或屏蔽双绞线对信号线） ，电源线和接地线。 UTP 传输的 USB 信号的 SDP 是用于超速;屏蔽层是需要超高速差分对信号完整性和电磁干扰性能。每个安装 SDP与漏极配线，它最终被连接到系统的地面在连接器，通过GND_DRAIN 针（S） 。金属编织物必须附上所有的 USB 电缆线。编织是终止的插头的金属壳，尽可能接近 360，包含电磁干扰（EMI） 。 线定义 表 5-7 定义的线号，信号分配，以及导线的颜色。 线规和电缆直径 本规范选择不指定线规的。表 5-8 列出了典型的线规参考。大规格导线招致损失少，但付出的代价电缆的灵活性。一应选择尽可能小的导线规格，以满足电气要求的电缆组件。为了最大限度地提高电缆的灵活性，所有的导线都要被绞合和电缆外径应尽可能地最小化。一个典型的 USB 电缆外径的范围可以从 3 毫米至 6 毫米。 电缆组件 USB 标准 A 至 USB 标准-B 线集合 表 5-9 定义了 USB 标准 A 至标准-B 线材连接组装。USB 标准 A USB 标准 A 电缆集合 USB 标准 A USB 标准的电缆组件被定义为操作系统调试等主机到主机连接的应用程序。表 5-10 显示了线路连接这样一种电缆组件。参见图 5-16 USB 标准 A 插头线模制尺寸。 USB 标准 A USB Micro-B 型电缆组件 图 5-17 显示了 USB Micro-B 插头模制尺寸的标准-AUSB Micro-B 型电缆组件。 标准的 USB-A 插头模制尺寸可以图 5-16 中。 表 5-11 显示了 USB 标准 A USB Micro-B 型电缆线连接组装。注意：USB Micro-B 插头中的 ID 引脚连接，但留在开放的条件。 篇三：中文协议-3第四章 USB 数据流模型 本章介绍了数据如何在 USB 中传送，将涉及到系统中关于信号的发送和协议定义的一层。 对于 USB 系统中这一层中各个定义的详细情况可参见第六章和第七章。本章中介绍的数据传送格式，将在第八章到第十一章中逐步扩充。所有的实现者必须阅读此章，以便了解 USB 中一些非常核心的概念。 实现者的视图 USB 提供了在一台主机和若干台附属的 USB 设备之间的通信功能，从终端用户的角度看到的 USB 系统，可简单地用图表示： 图 41 USB 主机/设备的简单模型 但在实际的实现上，具体的系统要比这复杂，不同层次的实现者对 USB 的有不同要求，这使得我们必须从不同的层次观察 USB 系统。USB 系统提出了一些重要的概念和情况来支持现代个人计算机所提出的可靠性要求，所以 USB的分层理解是必须的。它能使不同层次的实现者只关心 USB相关层次的特性功能细节，而不必掌握从硬件结构到软件系统的所有细节。USB 的这种层次结构如图 4-2 所示， 实际通信流逻辑通信流 需实现的区域 图 42 USB 需实现的区域 各层次的具体细节将在以后逐步介绍。特别地，有四个层次的实现是较为集中的。USB 物理设备(USB Physical Device)：USB 上的一种硬件，可运行一些用户程序。客户软件(client software)：为一个特定的 USB 设备而在主机上运行的软件。这种软件由 USB 设备的提供者提供，或由操作系统提供。USB 系统软件(USB system software)：此软件用于在特定的操作系统中支持 USB，它由 操作系统提供。与具体的 USB 设备无关，也独立于客户软件。 USB 主机控制器(USB Host Controller):总线在主机方面的接口，是软件和硬件的总和。用于支持 USB 设备通过 USB 连到主机上。 这四个 USB 系统的组成部分在功能上存在相互重叠的部分。为了支持主机与客户之间的坚 固可靠的通信，还需要在后面对这些部分进行细节性描述。 如图 4-2 所示，一台主机与一个 USB 设备间的连接是由许多层上的连接组成。USB 总线接口层提供了在主机和设备之间的物理连接、发送连接、数据包连接。USB 设备层对USB 系统软件是可见的，系统软件基于它所见的设备层来完成对设备的一般的 USB 操作。应用层可以通过与之相配合的客户软件向主机提供一些额外的功能。USB 设备层和应用层的通信是逻辑上的，对应于这些逻辑通信的实际物理通信由 USB 总线接口层来完成。 关于 USB 的物理通信在第 5、6 章中描述，而相关的逻辑通信在第 8、9 章中介绍。本章描述一些核心概念，USB 系统的实现者必须先掌握它们，然后在往后几章中阅读更加详细的部分。 为了描述和管理 USB 通信，以下概念是很重要的： 总线拓朴(Bus Topology)：USB 的基本物理组成、基本逻辑组成，以及各组成部分之间 的相互关系。这将在节中描述。 通信流模型(communication Flow Models):描述主机与设备如何通过 USB 通信，以及通信所用的四种通信类型。这将在到的各节中介绍。 总线访问管理(BUS Access)：主机面对大量的 USB设备的各种通信要求，如何控制、协 调总线的访问。 关于同步传送的考虑：节中将介绍。对要求同步传送的设备提供一些特性。非同步传送设备的实现者不必阅读此节。 总线拓朴 总线拓朴结构包括四个重要的组成部分。 主机和设备：USB 系统的基础组成部分。 物理拓朴结构：描述 USB 系统中的各组成部分是如何连接起来的。 逻辑拓朴结构：描述 USB 系统中各种组成部分的地位和作用，以及描述从主机和设备的角度观察到的 USB 系统。 客户软件层与应用层的关系：描述从客户软件层看到的应用层的情况，以及从应用层看到的客户软件层的情况。 USB 主机 主机的逻辑结构如图 4-3，包括 USB 主机控制器（USB Host Controller） USB 系统软件集合：USB 驱动程序，主机控制器的驱动程序，主机软件 (来自: 小龙 文档 网:协议规范中文解读) 客户软件 主机 实际通信流逻辑通信流 图 43 主机的组成 USB 主机在 USB 系统中是一个起协调作用的实体，它不仅占有特殊的物理位置，而且对于 USB 以及连到 USB 上的设备来说，还负有特殊责任。主机控制所有的对 USB 的访问。一个 USB 设备想要访问总线必须由主机给予它使用权。主机还负责监督 USB 的拓朴结构。关于主机和它的任务的更详细、更彻底的描述，请见第 9 章。 USB 设备 一个 USB 设备的逻辑结构如图所示，包括 USB 总线接口 USB 逻辑设备 应用层 实际通信流 逻辑通信流图 4-4 物理设备组成 USB 设备用于向主机提供一些额外的功能。USB 设备提供的功能是多种多样的，但面向主机的接口却是一致的。所以，对于所有这些设备，主机可以用同样的方式来管理它们与 USB 有关的部分。 为了帮助主机辨认及确定 USB 设备，这些设备本身需要提供用于确认的信息。在某一些方面的信息，所有设备都是一样的；而另一些方面的信息，由这些设备具体的功能决定。信息的具体格式是不定的，由设备所处的设备级决定。 对 USB 设备更完备的描述，见第 8 章。 423 总线的物理拓朴结构 USB 系统中的设备与主机的连接方式采用的是星形连接，如图 4-5。 图 45 USB 物理总线的拓扑 图中的 Hub 是一类特殊的 USB 设备，它是一组 USB 的连接点，主机中有一个被嵌入的 Hub 叫根 Hub(root Hub)。主机通过根 Hub 提供若干个连接点。为了防止环状连接，采用星形连接来体现层次性，如图 4-5。这种连接的形状很像一棵树。 用于提供具体功能的设备叫应用设备。许多不同功能的设备放在一起被看作一个整体，叫包。例如，键盘和轨迹球可以被视作一个整体，在它的内部，提供具体功能的设备被永久地接到 Hub 上，而这个 Hub 被接到 USB 上。所有这些设备及这个 Hub 被看作一个复合设备，而这个 Hub又被看作这个复合设备的内部 Hub。在主机看来，这个复合设备和一个带着若干设备的单独 Hub 是一样的。图中也标出了一个复合设备。 总线逻辑拓朴结构 在物理结构上，设备通过 Hub 连到主机上。但在逻辑上，主机是直接与各个逻辑设备通信的，就好像它们是直接被连到主机上一样。这个逻辑关系如图 4-6 所示。与之对应的物理结构就是图 4-5 中的结构。Hub 也是逻辑设备，但在图 4-6 中，为了简化起见，未被画出，虽然 USB 系统中的工作都是从逻辑角度来看待的，但主机必须对物理结构有个了解。例如，在处理 Hub 被移去的情况时，当一个Hub 被移出，通过它与主机相连的设备也应一起被移去，这是由其物理结构决定的。关于 Hub 的更详细的讨论在第 10章。 图 46 USB 逻辑总线的拓扑 客户软件层与应用层的关系 USB 系统的物理上、逻辑