usb协议简介剖析

1、USB协议简介USB枚举USB,全称是UniversalSerialBus（通用串行总线），它是在1994年底康柏、IBM、Misosoft等多家公司联合制订的USB1.1和USB2.0USB1.1是较为普遍的USB规范，其高速方式的传输速率为12Mbps,低速方式的传输速率为l.5Mbps（b是Bit的意思），lMB/s=8MBPS（兆位/秒），12Mbps=1.5MB/So当前，大部分MP3为此类接口类型。USB2.0规范是由USBL1规范演变而来的。它的传输速率达到了480Mbps,折算为MB为60MB/S,足以满足大多数外设的速率要求。使用USB为打印机应用带来的变化则是速度的大幅度提

2、升，USB接口提供了12Mbps的连接速度，相比并I速度提高达到10倍以J在这个速度之卜打印文件传输时间大大缩减。USB2.0标准进一步将接口速度提高到480Mbps,是普通USB速度的20倍，更大幅度降低了打印文件的传输时间。USB系统的核心是HostUSB为了支持多个设备互相，而不需要另外接Host,比如个数码相机和一个打印机，希望把打印机和数码相机直接相连接，然后就可以实现通过USB,把数据从数码相机传送到打印机中，打印机就可以打印了。0TG引入了个新的概念，HNP（HostNegotiationProtocol）,主机协商协议，允许两个设备之间互相协商谁去当Host©不过,即

3、使在0TG中,也只是同时刻，只存在单个的Host,而不允许存在多个Host的。标准USB,Mini-USB接口定义USB是一种常用的PC接口，只有4根线，两根电源两根信号，需要注意的是干万不要把正负极弄反了，否则会烧掉USB设备或者电脑的南桥芯片！a型us,接口（公口）型us接口（对口）USB弓唧定义:型us按口（公口）Pin 2PinPin 4型ush接口（母口）31琳解备注1VBus红电源由2Data-白数船LData!辘+4GND黑_£_普通PC端USB设备的接口型 Nini II!；接口（公口）b型 w” 1f按口（公口）其中ID脚在OTG功能中才 使用。由于Mini-USB

4、接口 分Mini-A、R和AR接口。如果你的系统仅仅是用做 Slave,那么就使用B妾口。Pin 1Pin 5ini-QSB接口（母口）通用Mini-USB引脚定义:系统控制器会判断ID脚的 电平判断是什么样的设备 插入，如果是高电平，则 是B接头插入，此时系统 就做主模式（master mode） 如果ID为低,则是A接口插 入，然后系统就会使用 HNP对话协议来决定咖个 做Master,哪个做Slave。引脚功能颜色备注1V Bus红电源正5 V2Dat a-白数据-3Data+绿鞅据+4IDA型:与地相连B型:不接地（空）5GND黑数码相机，移动硬盘等移动设备Micro 用口Micro

5、AMicro BMicro USBMicro USB是侬标准的一 个便携版本，化当前部分手机 使用的Mini USB接口也小， Micro-USB 是 Mini-USB 的下一 代规格，由USB标准化组织美 国USB Implementers Forum 飞SB-IF）于2007年1月41T制 定完成。（A型插头）（B型插头）（B型）USB母口（A型插座） LSB公口（A型插头）从左往右依次为：miniUSB公口（A型插头）、miniUSB公口（B型插头）、USB公口（B型）、USB母口（A型插座）、USB公口（A型插头）USB描述符 标准的描述符有5种，USB为这些描述符定义了编号： 1一一

6、设备描述符 2一一配置描述符 3一一字符描述符 4接口描述符 5一一端点描述符设备描述符一个设备只仃一个设备描述符，而一个设备描述符可以包含多个配置描述符，向一个配置描述符可以包含多个接口描述符，一个接口使用了几个端点，就有几个端点描述符。这间描述符是用一定的字段构成的，分别如卜说明；设备描述符struct_DEVICE_DEscriptOR_STRUCT(BYTEbLength:设备描述符的字节数大小，为0x12BYTEbDescriptof»pe;描述符类型编号，为0x01WORDbcdUSB;/USB版本号BYTEbDeviceClass;USB分配的设备类代码,OxOJOxf

7、e为标准设得类，Oxflf为厂商自定义类型0x00不是在设备描述符中定义的,如HIDBYTEbDeviceSubClass;u$b分配的子类代码，同上，值由USB规定和分配的BYTEbDeviceProtocI;USB分配的设备协议代码，同上BYTEbMaxPackctSizcO;端点0的最大包的大小WORDidVcndor;厂商编号WORDidProduct;产品编号WORDbcdDcvicc;设备出厂编号BYTEiManufacturer;描述厂商字符串的索引BYTEiProduct;描述产品字符串的索引BYTEiSerialNumber;描述设备序列号字符串的索引BYTEbNumConf

8、iguralion;可能的配置数M表USB设备描述符的结构偏移状域大小值描述0bLength1数字此描述表的字节数1bDecriptorType1常量描述符的类型（此处应为0x01,即设备描述符）2bcdUSB2BCD码此设备。描述表兼容的USB设备说明版本号（BCD码）4bDeviceClass1类设备类码：如果此域的值为。则一个设置卜每个接口指出它自己的类，各个接口各自独立工作。如果此域的伤处TFEH之间,则设备在不同的接口上支持不同的类。并这些接口可能不能独立工作。此值指出了这些接口集体的类定义。如果此域设为FFH,则此设备的类由厂商定义。5bDeviceSubClass1了类r类挖码这

9、些码值的JI体含义根据bDeviceClass域来亿如bDeviceClass域为零.此域也须为零如bDeviceClass域为FFH.此域的所仃值保留。6bDevicePortocol1协议协议码这些64的值彳见bDeviceClass和bDeviceSubClass的"ufu定.如果设备支持设备类相关的协议，此码标志r设备类的值.如果此域的值为零.则此设备不支持设备类相关的协议,然而，可能它的接口支持设备类相关的协议如果此域的值为FFH,此设备使用厂商定义的协议。7bMaxPacketSizeO1数字端点。的最大包大小（仅8,16,32,64为合法值）8idVendor2ID厂商

10、标志（由USB-IF组织赋值）bDescriptorType为描述符的类型.，其含义可杳卜表（此友也适用卜标准命令Get_Descriptor中wValue域高字节的取值含义）：表USB描述符的类型值类型描述符描述符值标准描述符设备描述符(DeviceDescriptor)0x01配置描述符(ConfigurationDescriptor)0x02字符串描述符(StringDescriptor)0x03接口描述符(InterfaceDescriptor)0x04端点描述符<EndPontDescriptor)0x05类描述符维线器类描述符（HubDescriptor）0x29人机接口类描

11、述符（HID）0x21广商定义的描述符OxFFUSB的设备类型（deviceclass）表USBClass表BaseClassDescriptorUsageDescriptionOOh.DeviceUseclassinformationintheInterfaceDescriptors种类信息定义在接口描述符中OlhInterfaceAudio音频设备02hBothCommunicationsandCDCControl通信设备（手机，Class_02&SubClass_02&Prot_01）03hInterfaceHID（HumanInterfaceDevice）人机接口设备0

12、5hInterfacePhysical物理设备06hInterfaceImage图像设备（可能是IPhone手机，Class_06&SubClass_01&Prot_01）07hInterfacePrinter打印机08hInterfaceMassStorage大容量存储（可能是手机，Class08&SubClass06&Prot50）OMMB09hDeviceHub集线器OAhInterfaceCDC-Data通信设备（手机，ClassOA&SubClassOO&Prot00）OBhInterfaceSmartCard智能kODhInterfa

13、ceContentSecurity内容安全设备OEhInterfaceVideo视频设备（摄像头，Class_0e&SubClass_03&Prot_00）orhInterfacePersonalHealthcare个人健康设备DChBothDiagnosticDevice诊断设备（USB2兼容设备）EOhInterfaceWirelessController无线控制器（蓝牙设备等）EFhBothMiscellaneous杂项（ActiveSync,PalmSync,各种协会等）FEhInterfaceApplicationSpecific应用专有规范（固件升级,红外，USB测

14、试与测量等）FFhBothVendorSpecific供应商自定义规范（手机，Class-FF&SubClass_FF&Prot.FF）为何会有这么多USB的Class分类？用单一的USB接口，取代之前种类繁多的各种其他接口。而为了取代其他各种接口，那意味着就要实现，或者是支持，之前别的接口，所对应的各种功能。因此，USB协议设计的时候，就是要把鼠标，键盘，大容量存储，图像等，这些之前是通过其他接口所实现的，各种的功能，都囊括进来。并旦在协议中有对应的规范定义，支持这些功能。因此，才有了如此多的各种USB的Clas,即分类，根据功能而分出的各种类别。不同的Class分类，用于实

15、现对应的功能，适用于相应的设备。配置描述符struct_CONFIGURATION_DEscriptOR_STRUCT(BYTEbLength;设备描述符的字节数大小BYTEbDescriptorType;描述符类型编号WORDwTotalLength;配置所返回的所有数量的大小BYTEbNumlnterface;此配置所支持的接口数量BYTEbConfigurationVale;Set_Configuration命令需要的参数值一BYTEiconfiguration;描述该配置的字符串的索引值BYTEbmAttribute;供电模式的选择BYTEMaxPower;设备从总线提取的最大电流字符

16、描述符struct_STRING_DEscript0R_STRUCT（BYTEbLength;设备描述符的字节数大小BYTEbDescriptorType;描述符类型编号BYTESomeDescriptor36;/UNICODE编码的字符串）接口描述符struct_INTERFACE_DEscriptOR_STRUCT(BYTEbLength;设备描述符的字节数大小BYTEbDescriptorType;描述符类型编号BYTEblnterfaceNunber;接口的编号BYTEbAlternateSetting;备用的接口描述符编弓BYTEbNumEndpoints;该接口使用端点数，不包括端

17、点0BYTEblnterfaceClass;接口类型BYTEblnterfaceSubClass;接口子类型BYTEblnterfaceProtocol;接口所遵循的协议BYTE.Interface;描述该接口的字符串索引值端点描述符struct_ENDPOIN_DEscriptOR_STRUCT（BYTEbLength;设备描述符的字节数大小，为0x07BYTEbDescriptorType;描述符类型编号，为0x05BYTEbEndpointAddress;端点地址及输入输出属性.BYTEbmAttribute;端点的传输类型属性0x02WORDwMaxPacketSize;端点收、发的最

18、大包的大小BYTEbIntervaI;主机查询端点的时间间隔）枚举过程USB的枚举过程分为4个状态.1 .接入态。主机检测到USB设备插上，击活端口，并发送复位命令(保持10ms)2 .默忒态 :主机使用默认地址读取设备描述符(GET_DESCRIPTOR)。主机分配给设备一个总在线的唯一地址(SET_ADDRESS)3.地址态 :主灯L从新的地1止获取设备描(GET_FULL_DEV_DESC) 主机获取所有设备的配置描述符(占ET_CFG_6kSC)4.配置态:生机密置描述符(设备，配置)(GET_FULL_CFG_DESC)。主机读取配置状态(可选)(get_c6nfi或jraYRdn)

19、。主机读取接口状态(可选)(GETJNTERFACE)USB传输方式在U5B规范中规定了四种不同的数据传输方式：1、等时传输方式(Isochronous)该方式用来联接需要连续传输数据，II对数据的正确性要求不高而对时间极为敏感的外部设备，如麦克风、嗽叭以及电话等。等时传输方式以固定的传输速率，连续不断地在主机与USB设备之间传输数据，在传送数据发生错误时，USB并不处理这些错误，而是继续传送新的数据。2、中断传输方式(Interrupt)该方式传送的数据量很小，但这些数据需要及时处理，以达到实时效果，此方式主要用在键盘、鼠标以及操纵杆等设备上。3、控制传输方式(Control)该方式用来处理

20、主机到USB设备的数据传输。包括设备控制指令、设备状态杳询及确认命令。当USB设备收到这些数据和命令后，将依据先进先出的原则处理到达的数据。4、批(Bulk)传输方式该方式用来传输要求正确无误的数据。通常打印机、扫描仪和数字相机以这种方式与生机联接USB抓包工具bushoundQoptureSettingsDevices tjelp ExitClick in the chedc box to select a device:骨(0) lntel(R) 7 ScricB/CZ I 6 CViipsct Fumily 4 port Seriul ATA Sturugc Cuiitrullcr 1

21、E00 骨(2)主要IDE曲道 一次要IDE通道 U (1J lntel(H) / Seriee/CZl 6 Ctiipset Family 2 port Serial AI A Sturaye Controller 1EO8骨主要IOE泡道官(5)次要 IDE ifflijt . (6) ST9500/I23AS，. (7) Ifitel(R) 7 Serieu/C21 6 Chipuet Family USB Enhanced Ho»t Controller - 1 E2D口行(1 P) usn Root Huh(1 5) Generic USB Hub，.(IAllnrn U

22、S13-01 n nt err,(33| I KD Sending Card(6) Intel(R) 7 Serieu/CZ 1 6 Chipset 尸USB Enliancrd Host Controller - 1EZ6(1 3) USB Root HubL - . R7) Generic USR Hub；28 USB人体学愉入我备、|?9) ftIID-complinnt matis«R二(<i)fi 印AL端 口 (LPrij (Id) Printer Port Logical InterfaceL Auto salact hot plugged davicas Pro

23、pertiesEnclpoxt 0 ：EdpoiTit 1 OUT:Endpoint 1 INHord“oru IDDoto Rood: m 1 n iTyj>e-CTI.Classr* ffSxih>C laas- 00Px-otocol -00MaxPocket - 8TvT>e-BUI.kfSxifeC 1»as-00Protocol -00MaxrPaickct -40Tv pc-BULKCl«9S£S：-ffSutjC Icasrx:- 00Fx-otocol -00MaxF4»cke-1 -40USBSVid_0 4 8 3

24、&«F±d_5 7106xR=v 0200 180 bytD= 57KB 门二一主机笫次发出请求描述符命令，数据流为：8006000200000900,bRequest的值为0x06,代表Get_Descriptor命令，但为什么描述符呢？wValue的高字'。表示T描述符的类型，此处wValue的值为0x0100.所以高字节为0x01,设备返回的数据为:120100020000004083041057000201020301,第,个字节bLenght的值为0x12,表示此描述符的长度。第二个字节bDecriptorType的值为0x01,代表设备描述符。b