USB学习2

USB是英文Universal Serial Bus的简称，中文名称是“通用串行总线”。
   
    端点（Endpoint, 简写为EP）。从物理机制来说，端点可以是嵌入式系统或PC上的一个数据缓冲区，
用来存放和发送USB的各种数据；从逻辑上来说，端点可以视为数据的收发器，可以按照定义的传输方式
来交换数据。每个端点都有唯一确定的地址，即端点号。

    域（Field）。USB协议中规定的组成包的单元。
    帧（Frame）。这是一个时间概念，指的是从一个SOF令牌开始到下一个SOF发送之间的时间，其中
包含一系列的数据传送。

    人机交互设备（Human Interface Device,简称为HID）。USB协议规定的设备类之一。常见的USB鼠标
、键盘等设备均属于HID。HID的PC级开发因此仅需针对应用级用户程序。

    最低有效位（Least Significant Bit, 简写为LSB）。
    最高有效位（Most Significant Bit，简写为MSB）.
   

    PCI总线  USB主控制器根Hub   (USB设备USB Hub)

5.2.2 低功耗的实现

    USB供电的工作状态分为2种，正常工作状态和挂起状态。
    如果总线供电设备在3ms内没有总线操作，即USB总线处于空闲状态的话，该设备就需要自动进入
挂起状态。
    在设备进入挂起状态后，可以通过唤醒（Resume）操作来恢复到正常工作状态。这种远程唤醒方式是
所有USB事务中，唯一能够由设备发起的事务。

     在USB的4线电缆中传输信号的是D+和D-这一对差模信号线，该线上使用的是+3.3V的电平，Vbus是+5V。

 

第6章  USB数据通信结构
   
    包， 是USB最基本的数据单元。每一个包，基本上包含了一个完整的USB信息。按照包在整个
USB数据传输中的作用不同，包可以分为3类：令牌包、数据包和握手包。

    域，一个包就是一串连续的二进制数，而域就是这些其中的一部分。域又被分为7类：同步序列域、
包标识域、地址域、端点域、帧号域、数据域和CRC校验域。

    以包为基础，USB定义了4种数据的传输类型：控制传输、中断传输、批量传输和同步传输。
    
    因此，这其中的每一个次数据交换过程既不能直接叫做批量传输，而又不是包，那是什么呢？叫
“事务”。每种传输方式都由很多个事务来完成，每一笔事务由底层包组成。

    比如1个字节的二进制数10001000，每一个数代表1位。一般将数左起第一个数称为最高有效位，即
MSB，也就是所举例数中的1；而将右起第一个数据成为最低有效位，即LSB。

    按照协议规定：USB总线上首先发送LSB，然后发送近邻的下一位，最后发送MSB。

6.2  二进制数的序列 ---- 域

6.2.1 同步域
    同步域用于本地时钟与输入信号的同步，代表一个包的起始。同步域长度为8位，最后2位作为一个标志
标明标识域PID的开始。同步域的数值固定为00000001。同步域位于每一个包的最开始处。

6.2.2 标识域
    包标识域（Packet Identifier Field,简写为PID），简称为标识域。
    标识域紧跟在同步域之后，作用时标明包的类型和格式，并作为包的错误检测手段的一种。
由于同步域主要是由硬件来处理的，因此，标识域就是USB软件机制最先收到并处理的包的内容。

6.2.3 地址域
    地址域（Address Field,简写为ADDR）内存放的是设备在主机上的地址，具有唯一性，设备和地址
是一一对应的，并且由主机分配地址。

    地址域由7位二进制数组成。这也就是USB拓扑结构中最大USB设备个数为127个的原因。

6.2.4 端点域

    端点域（Endpoint Field,简称ENDP），也叫做端点号。从硬件的角度看待端点，它其实就是USB中
一系列实际的物理数据缓冲区，发送和接收的数据存储在这里。端点域由4位二进制数组成，因此，一个
USB设备能够拥有的端点容量为16个。但是，并不是每一种USB设备都能够实际拥有16个端点。USB协议规定，
低速设备只能定义两个端点，即端点0和端点1（这个0和1就是端点号）。此外，除端点0以外，任何一个
端点都可以定义为IN端点或者OUT端点。

6.2.5 帧号域
     帧号域（Frame Field,简写为TRAM）中的帧是时间概念。USB协议中，1帧即1ms。在USB总线上，
1帧是一个独立的单元，包含了一系列总线动作。USB将一帧分为好几份，每一份中是一个USB的传输动作。

    每一个帧都有特定的帧号。帧号域由11位二进制数组成。

6.2.6 数据域
    数据域（Data Field,简写为DATA）中的数据长度为0-1023字节，在不同的传输类型中，数据域的长度
各不相同。

6.2.7 校验域
    CRC校验的一般做法是，发动数据的一方，对所要校验的数据进行一些运算，把结果作为CRC本身的值，
填入到CRC域中，然后发送数据。当接收方接收到数据后，也进行类似的运算，把运算的值与CRC域的值进行
比较，如果一致，表明数据传输中没有出现错误。现在很多的USB接口芯片中，CRC校验都是由硬件来完成的。

  
6.3 最基本的数据单元-------包

    USB中定义了4种类型的包，即令牌包、数据包、握手包和特殊包。

6.3.1 令牌包

   
6.3.2 数据包
  
    根据PID的不同，数据包（Data Packet）分为DATA0和DATA1两种包。两种包交替发送。

6.3.3 握手包

    握手包仅由同步域SYNC和标识域PID两个域组成，用于报告数据的传输状态，比如数据是否成功接收。

6.4 数据传输类型
    控制传输、中断传输、批量传输和同步传输。

    不可间断的音频流数据传输，就可用同步传输方式来传输；
    FAT文件等大容量的数据传输等就可以用批量传输的方式进行；
    像鼠标、键盘等这种没有数据发送速度的要求，数据量又小的设备就采用的是中断传输方式；
   
    事务按照其特点分为3种类型：输入（IN）事务、输出（OUT）事务和设置（SETUP）事务。

6.4.2 中断传输

    中断传输中，USB主机是以周期性的方式对设备进行轮询，以确定设备是否有数据发送。

    轮询的周期是影响鼠标等设备的定位精度等非常关键的参数。

    中断传输没有固定的传输速率。

    低速设备的数据包大小可以是1-8字节，全速设备的数据包大小是1-64字节，高速设备的数据包大小
则可达到1-1024字节。

    低速、全速和高速设备均支持中断传输。

6.4.3 批量传输
   
    只有全速和高速设备支持批量传输，而低速设备不支持。

6.4.4 同步传输

    只有全速和高速设备支持同步传输, 而低速设备不支持同步传输。

6.4.5 控制传输

    控制传输（Control Transfer）是最为复杂的传输类型，也是最为重要的传输类型，是USB枚举阶段
最主要的数据交换方式。当USB设备初次连接到主机之后，就通过控制传输来交换信息、设备地址和读取设备的
描述符。

6.5 数据流模型

6.5.1 端点
    除了端点0（用作控制传输端点，默认）外，端点必须在设备被主机配置后才能使用。

6.5.2 管道

    管道就是主机与设备端点之间的连接。管道包括数据流管道和信息管道2种。