USB基础知识学习笔记.docx

USB学习笔记参考书目：计算机USB系统原理及其主从机设计马伟低速电缆线总长不超过3m，全速电缆线不超过5m。电缆颜色：编号信号颜色电平1Vbus红5V2D-白3.3V3D+绿3.3V4GND黑NA供电模式供电模式设备类型电流限制典型设备自供电Hub自供电，可以为下行端口提供500mA电流；当无法自身供电时，仍然可以从总线上获得100mA电流，但其下行端口无电流7个下行端口的Hub设备当自带电源无法正常工作时，可从总线上获得100mA电流；带USB接口的数码相机，打印机总线供电Hub可从总线获得最高为500mA的电流，由自身功能模块及所有下行端口共享。只能为每一个下行端口提供最高100mA的电流。一般最多只能带有5个下行端口。5个下行端口的Hub低功率设备最高只能从上行端口获得100mA电流鼠标，键盘大功率设备最高只能从上行端口获得500mA电流移动硬盘低功耗的实现：如果总线供电设备在3ms内没有总线操作，该设备就需要自动进入挂起状态。这时从总线上提取的电流必须小于500uA。即插即用（Plug and Play）主机端：D+和D-都有下拉电阻15K设备端：低速设备：D-上拉1.5K;全速设备（高速设备）：D+上拉1.5KUSB数据通信基本结构：域(Field)的类型：同步域，包标识域，地址域，端点域，帧号域，数据域，CRC校验域包(Packet)的类型：令牌包，数据包，握手包事务(Transaction)的类型：输入事务，输出事务，设置事务传输(Transfer)的类型：控制传输，中断传输，批量传输，同步传输二进制传输：先传低位，再传高位。先传低字节，再传高字节。编码方式：反向不归零编码，翻转为0，不变为1。1. 域（Field）1.1 同步域同步序列域（Synchronization Sequence，SYNC），简称同步域。二进制：00000001，十六进制：0x801.2 标识域包标识域（Packet Identifier Field, PID），简称标识域数据包类型标识域名称名称简写标识符值PID3:0标识域值（二进制）标识域值（十六进制）标识域含义令牌包输出OUT00011000 01110x87输入IN10011001 01100x96帧起始SOF01011010 01010xA5设置SETUP11011011 01000xB4数据包数据0DATA000111100 00110xC3偶数据包数据1DATA110111101 01000xD2奇数据包握手包确认ACK00100100 10110x4B无效NAK10100101 10100x5A错误STALL11100111 10000x78端点被禁止或不支持控制管道请求特殊包前导PRE11000011 11000x3C启动下行端口的低速设备的数据传输1.3 地址域地址域（Address Field, ADDR）共7位，最多128个地址。地址0保留，是任何一个设备第一次连接到主机时，在被主机配置、枚举前的缺省地址。1.4 端点域端点域（Endpoint Field, ENDP），也叫做端点号。共4位，最多16个端点。低速设备只能定义0和1两个端点。除端点0外，都可以定义为IN端点或者OUT端点。因此全速设备能定义16+16=32个端点。1.5 帧号域帧号域（Frame Field, FRAM）USB协议中，1帧即1ms。帧号由11位二进制组成，02047，超过后又从0开始。1.6 数据域数据域（Data Field, DATA）数据长度为01023个字节。1.7 校验域循环冗余校验域（Cyclic Redundancy Checks, CRC），简称校验域。用来对令牌包和数据包中非PID的域进行校验。令牌包：5位，即CRC5数据包：16位，即CRC162. 包（Packet）122.1 令牌包(Token Packet)令牌包分为：输入包IN，输出包OUT，设备包SETUP，帧起始包SOF。其中CRC5是对ADDR和ENDP共11位的校验。其中CRC5是对11位FRAM的校验。122.12.2 数据包(Data Packet)其中CRC16是对DATA域的校验。122.12.22.3 握手包(Handshake Packet)分为：确认包（ACK），无效包（NAK），错误包（STALL）。确认包：标识域PID被正确接收；没有发生数据位错误；没有发生数据域的CRC校验错误。无效包：在接到主机的OUT命令后，设备无法接收数据；在接到主机的IN命令后，设备没有数据发送给主机。错误包：设备无法发送数据；设备无法接收数据；不支持某一种控制管道的命令。确认包可以主机或者设备发送。无效包和错误包只会由设备发送。3. 传输（Transfer）和事务（Transaction）传输由事务组成。传输：控制传输，中断传输，批量传输，同步传输。事务：输入IN， 输出OUT， 设置SETUP控制传输：Control Transfer中断传输：Interrupt Transfer批量传输：Bulk Transfer同步传输：Isochronous Transfer, ISO1.1. 控制传输三大步骤：初始设置步骤，包含1笔SETUP事务，由令牌包，数据包，握手包组成。可选数据步骤，包含1笔IN或者OUT事务。状态信息步骤，包含1笔IN或者OUT事务。描述符描述符(Descriptor)编号描述符类型1设备描述符Device Descriptor2配置描述符Configuration Descriptor3字符串描述符String Descriptor4接口描述符Interface Descriptor5端点描述符Endpoint Descriptor描述符层次设备请求命令长度为8个字节。有11种不同的命令。bmRequestType: 请求命令类型D7D6D5D4D3D2D1D0数据传输方向命令类型接收者类型数据传输方向0主机-设备，即OUT1设备-主机，即IN命令类型00标准请求命令01类请求命令10用户定义11保留接收者类型00000接收者为设备00001接收者为接口00010接收者为端点00011其他接收者其他值保留bRequest: 请求命令代码1. 获取状态请求2. 清除特性请求3. 设置特性请求4. 设置地址请求5. 获取描述符请求6. 设置描述符请求7. 获取配置请求8. 设置配置请求9. 获取接口请求10. 设置接口请求11. 同步帧请求设备枚举USB设备的暂态接入态(Attached)供电态(Powered)缺省态(Default)地址态(Address)配置态(Configured)挂起态(Suspended)状态转换：USB主机开发USB主机接口工业标准基于USB1.1通用式主机控制器接口（UHCI，Universal Host Controller