關(guān)于USB的8個(gè)基礎問(wèn)題及答案

關(guān)于USB的8個(gè)基礎問(wèn)題及答案

問(wèn)題一：USB的傳輸線(xiàn)結構是如何的呢?

答案一：一條USB的傳輸線(xiàn)分別由地線(xiàn)、電源線(xiàn)、D+、D-四條線(xiàn)構成，D+和D-是差分輸入線(xiàn)，它使用的是3.3V的電壓(注意哦，與CMOS的5V電平不同)，而電源線(xiàn)和地線(xiàn)可向設備提供5V電壓，最大電流為500MA(可以在編程中設置的，至于硬件的實(shí)現機制，就不要管它了)。

問(wèn)題二：數據是如何在USB傳輸線(xiàn)里面傳送的

答案二：數據在USB線(xiàn)里傳送是由低位到高位發(fā)送的。

問(wèn)題三：USB的編碼方案?

答案三：USB采用不歸零取反來(lái)傳輸數據，當傳輸線(xiàn)上的差分數據輸入0時(shí)就取反，輸入1時(shí)就保持原值，為了確保信號發(fā)送的準確性，當在USB總線(xiàn)上發(fā)送一個(gè)包時(shí)，傳輸設備就要進(jìn)行位插入***作(即在數據流中每連續6個(gè)1后就插入一個(gè)0)，從而強迫NRZI碼發(fā)生變化。這個(gè)了解就行了，這些是由專(zhuān)門(mén)硬件處理的。

問(wèn)題四：USB的數據格式是怎么樣的呢?

答案四：和其他的一樣，USB數據是由二進(jìn)制數字串構成的，首先數字串構成域(有七種)，域再構成包，包再構成事務(wù)(IN、OUT、SETUP)，事務(wù)最后構成傳輸(中斷傳輸、并行傳輸、批量傳輸和控制傳輸)。下面簡(jiǎn)單介紹一下域、包、事務(wù)、傳輸，請注意他們之間的關(guān)系。

(一)域：是USB數據最小的單位，由若干位組成(至于是多少位由具體的域決定)，域可分為七個(gè)類(lèi)型：

1、同步域(SYNC)，八位，值固定為0000 0001，用于本地時(shí)鐘與輸入同步

2、標識域(PID)，由四位標識符+四位標識符反碼構成，表明包的類(lèi)型和格式，這是一個(gè)很重要的部分，這里可以計算出，USB的標識碼有16種，具體分類(lèi)請看問(wèn)題五。

3、地址域(ADDR)：七位地址，代表了設備在主機上的地址，地址000 0000被命名為零地址，是任何一個(gè)設備第一次連接到主機時(shí)，在被主機配置、枚舉前的默認地址，由此可以知道為什么一個(gè)USB主機只能接127個(gè)設備的原因。

4、端點(diǎn)域(ENDP)，四位，由此可知一個(gè)USB設備有的端點(diǎn)數量最大為16個(gè)。

5、幀號域(FRAM)，11位，每一個(gè)幀都有一個(gè)特定的幀號，幀號域最大容量0x800，對于同步傳輸有重要意義(同步傳輸為四種傳輸類(lèi)型之一，請看下面)。

6、數據域(DATA)：長(cháng)度為0~1023字節，在不同的傳輸類(lèi)型中，數據域的長(cháng)度各不相同，但必須為整數個(gè)字節的長(cháng)度

7、校驗域(CRC)：對令牌包和數據包(對于包的分類(lèi)請看下面)中非PID域進(jìn)行校驗的一種方法，CRC校驗在通訊中應用很泛，是一種很好的校驗方法，至于具體的校驗方法這里就不多說(shuō)，請查閱相關(guān)資料，只須注意CRC碼的除法是模2運算，不同于10進(jìn)制中的除法。

(二)包：由域構成的包有四種類(lèi)型，分別是令牌包、數據包、握手包和特殊包，前面三種是重要的包，不同的包的域結構不同，介紹如下

1、令牌包：可分為輸入包、輸出包、設置包和幀起始包(注意這里的輸入包是用于設置輸入命令的，輸出包是用來(lái)設置輸出命令的，而不是放據數的)

其中輸入包、輸出包和設置包的格式都是一樣的：

SYNC+PID+ADDR+ENDP+CRC5(五位的校驗碼)

(上面的縮寫(xiě)解釋請看上面域的介紹，PID碼的具體定義請看問(wèn)題五)

幀起始包的格式：

SYNC+PID+11位FRAM+CRC5(五位的校驗碼)

2、數據包：分為DATA0包和DATA1包，當USB發(fā)送數據的時(shí)候，當一次發(fā)送的數據長(cháng)度大于相應端點(diǎn)的容量時(shí)，就需要把數據包分為好幾個(gè)包，分批發(fā)送，DATA0包和DATA1包交替發(fā)送，即如果第一個(gè)數據包是DATA0，那第二個(gè)數據包就是DATA1。但也有例外情況，在同步傳輸中(四類(lèi)傳輸類(lèi)型中之一)，所有的數據包都是為DATA0，格式如下：

SYNC+PID+0~1023字節+CRC16

3、握手包：結構最為簡(jiǎn)單的包，格式如下

SYNC+PID

(注上面每種包都有不同類(lèi)型的，USB1.1共定義了十種包，具體請見(jiàn)問(wèn)題五)

(三)事務(wù)：分別有IN事務(wù)、OUT事務(wù)和SETUP事務(wù)三大事務(wù)，每一種事務(wù)都由令牌包、數據包、握手包三個(gè)階段構成，這里用階段的意思是因為這些包的發(fā)送是有一定的時(shí)間先后順序的，事務(wù)的三個(gè)階段如下：

1、令牌包階段：?jiǎn)?dòng)一個(gè)輸入、輸出或設置的事務(wù)

2、數據包階段：按輸入、輸出發(fā)送相應的數據

3、握手包階段：返回數據接收情況，在同步傳輸的IN和OUT事務(wù)中沒(méi)有這個(gè)階段，這是比較特殊的。

事務(wù)的三種類(lèi)型如下(以下按三個(gè)階段來(lái)說(shuō)明一個(gè)事務(wù))：

1、 IN事務(wù)：

令牌包階段——主機發(fā)送一個(gè)PID為IN的輸入包給設備，通知設備要往主機發(fā)送數據;

數據包階段——設備根據情況會(huì )作出三種反應(要注意：數據包階段也不總是傳送數據的，根據傳輸情況還會(huì )提前進(jìn)入握手包階段)

1) 設備端點(diǎn)正常，設備往入主機里面發(fā)出數據包(DATA0與DATA1交替);

2) 設備正在忙，無(wú)法往主機發(fā)出數據包就發(fā)送NAK無(wú)效包，IN事務(wù)提前結束，到了下一個(gè)IN事務(wù)才繼續;

3) 相應設備端點(diǎn)被禁止，發(fā)送錯誤包STALL包，事務(wù)也就提前結束了，總線(xiàn)進(jìn)入空閑狀態(tài)。

握手包階段——主機正確接收到數據之后就會(huì )向設備發(fā)送ACK包。

2、 OUT事務(wù)：

令牌包階段——主機發(fā)送一個(gè)PID為OUT的輸出包給設備，通知設備要接收數據;

數據包階段——比較簡(jiǎn)單，就是主機會(huì )設備送數據，DATA0與DATA1交替

握手包階段——設備根據情況會(huì )作出三種反應

1)設備端點(diǎn)接收正確，設備往入主機返回ACK，通知主機可以發(fā)送新的數據，如果數據包發(fā)生了CRC校驗錯誤，將不返回任何握手信息;

2) 設備正在忙，無(wú)法往主機發(fā)出數據包就發(fā)送NAK無(wú)效包，通知主機再次發(fā)送數據;

3) 相應設備端點(diǎn)被禁止，發(fā)送錯誤包STALL包，事務(wù)提前結束，總線(xiàn)直接進(jìn)入空閑狀態(tài)。

3、SETUT事務(wù)：

令牌包階段——主機發(fā)送一個(gè)PID為SETUP的輸出包給設備，通知設備要接收數據;

數據包階段——比較簡(jiǎn)單，就是主機會(huì )設備送數據，注意，這里只有一個(gè)固定為8個(gè)字節的DATA0包，這8個(gè)字節的內容就是標準的USB設備請求命令(共有11條，具體請看問(wèn)題七)

握手包階段——設備接收到主機的命令信息后，返回ACK，此后總線(xiàn)進(jìn)入空閑狀態(tài)，并準備下一個(gè)傳輸(在SETUP事務(wù)后通常是一個(gè)IN或OUT事務(wù)構成的傳輸)

(四)傳輸：傳輸由OUT、IN、SETUP事務(wù)其中的事務(wù)構成，傳輸有四種類(lèi)型，中斷傳輸、批量傳輸、同步傳輸、控制傳輸，其中中斷傳輸和批量轉輸的結構一樣，同步傳輸有最簡(jiǎn)單的結構，而控制傳輸是最重要的也是最復雜的傳輸。

1、中斷傳輸：由OUT事務(wù)和IN事務(wù)構成，用于鍵盤(pán)、鼠標等HID設備的數據傳輸中

2、批量傳輸：由OUT事務(wù)和IN事務(wù)構成，用于大容量數據傳輸，沒(méi)有固定的傳輸速率，也不占用帶寬，當總線(xiàn)忙時(shí)，USB會(huì )優(yōu)先進(jìn)行其他類(lèi)型的數據傳輸，而暫時(shí)停止批量轉輸。

3、同步傳輸：由OUT事務(wù)和IN事務(wù)構成，有兩個(gè)特殊地方，第一，在同步傳輸的IN和OUT事務(wù)中是沒(méi)有返回包階段的;第二，在數據包階段所有的數據包都為DATA0

4、控制傳輸：最重要的也是最復雜的傳輸，控制傳輸由三個(gè)階段構成(初始設置階段、可選數據階段、狀態(tài)信息步驟)，每一個(gè)階段可以看成一個(gè)的傳輸，也就是說(shuō)控制傳輸其實(shí)是由三個(gè)傳輸構成的，用來(lái)于USB設備初次加接到主機之后，主機通過(guò)控制傳輸來(lái)交換信息，設備地址和讀取設備的描述符，使得主機識別設備，并安裝相應的驅動(dòng)程序，這是每一個(gè)USB開(kāi)發(fā)者都要關(guān)心的問(wèn)題。

1、初始設置步驟：就是一個(gè)由SET事務(wù)構成的傳輸

2、可選數據步驟：就是一個(gè)由IN或OUT事務(wù)構成的傳輸，這個(gè)步驟是可選的，要看初始設置步驟有沒(méi)