USB的四种传输模式

     本文内容来自自己看宋老师的驱动详解的笔记,如有侵权速联系!


      前段时间去面试一家做电视的公司,做了几道面试题,其中部分是驱动相关的内容,还有部分是HAL相关的内容。

   有道题考的是USB传输模式相关的内容,当时答得不咋地。此文仅作为笔记,方便查阅  哈哈!


USB 提供了 4 种传输方式以适应各种设备的需要。

(1)控制(Control)传输方式

         控制传输是双向传输,数据量通常较小,主要用来进行查询、配置和给 USB 设备发送通用的命令。

(2)同步(Synchronization)传输方式

         同步传输提供了确定的带宽和间隔时间,它被用于时间严格并具有较强容错性的流数据传输,或者

         用于要求恒定的数据传送率的即时应用。例如进行语音业务传输时,使用同步传输方式是很好的选择。

(3)中断(Interrupt)传输方式

         中断方式传送是单向的,对于 USB 主机而言,只有输入。中断传输方式主要用于定时查询设备是否

         有中断数据要传送,该传输方式应用在少量的、分散的、不可预测的数据传输场合。比如,键盘、游

         戏杆和鼠标属于这一类型。

(4)批量(Bulk)传输方式

         批量传输主要应用在没有带宽和间隔时间要求的大量数据的传送和接收,它进行有保证的传输。比如

         打印机和扫描仪均采用这种传输类型。


<think>好的,我现在需要详细解释USB3.0的四种传输模式。用户之前的问题是关于应用层解析,现在转向传输模式,所以要保持连贯。根据用户提供的引用资料,USB3.0兼容USB2.0,但传输方式可能有变化。首先,确认四种传输模式是控制、同步、中断和批量。但USB3.0是否有改动呢?比如,引用[2]提到USB2.0的同步传输之外都是Token + Data + Handshake,而USB3.0可能有增强。 引用[3]和[4]提到控制传输分为三个阶段,包括令牌、数据传送和握手。需要将这些阶段对应到USB3.0的结构中。另外,用户之前回答中提到USB3.0的应用层协议包括控制、批量、同步传输,但用户现在问的是四种模式,可能需要整合中断传输。 需要注意USB3.0是否保留了中断传输,或者是否有变化。根据引用[2],USB2.0有中断传输,而USB3.0可能继续支持,但可能优化了机制。例如,USB3.0引入SuperSpeed模式,可能对传输模式有调整。 需要确保每个传输模式的解释包含用途、协议结构、数据包示例以及实际应用场景。例如,控制传输用于设备枚举,批量传输用于大文件传输,同步传输用于实时数据,中断传输用于低延迟查询。 同时,用户提供的引用提到USB3.0的双总线设计,这可能影响传输模式的实现方式,比如同时使用USB2.0和USB3.0的传输路径。需要指出这点,但可能属于物理层,应用层可能不直接涉及。 最后,结合用户之前的回答中的示例代码,如使用CyAPI库,可以关联到不同传输模式在编程中的实现方式。例如,控制传输通过端点0,批量传输使用特定的端点。需要确保术语一致,比如端点、事务包等。 还要注意用户可能混淆了USB2.0和USB3.0的传输模式,需要明确USB3.0中的变化,比如增强的批量传输速率,或新增的流传输特性。此外,USB3.0可能引入了新的机制来提升同步传输的性能,如更高的带宽。 总结步骤: 1. 分别介绍四种传输模式:控制、同步、中断、批量。 2. 每种模式的结构、用途、协议流程。 3. 对比USB3.0与USB2.0的差异。 4. 提供实际应用例子和编程相关示例。 5. 确保引用正确来源,如引用[2][3][4]关于传输阶段的描述。 6. 结合之前的回答,保持数据解析和协议结构的一致性。</think>### USB3.0四种传输模式详解 USB3.0在保留USB2.0四种传输模式(控制、同步、中断、批量)的基础上,通过**双总线设计**和**SuperSpeed模式**显著提升了传输性能[^1]。以下是各模式的详细解析: --- #### 一、控制传输(Control Transfer) **用途** - 设备枚举(如获取设备描述符) - 配置端点(设置地址、选择接口) - 状态查询(如设备状态请求) **协议结构** 控制传输分为三个阶段,采用**三段式事务**(令牌包+数据包+握手包)[^4]: 1. **Setup阶段**:主机发送8字节请求(`bmRequestType`、`bRequest`等) 2. **Data阶段**(可选):传输数据(如描述符信息),方向由请求类型决定 3. **Status阶段**:设备返回操作结果(如ACK/NAK) **示例应用** ```python # 使用PyUSB获取设备描述符(控制传输示例) import usb.core dev = usb.core.find(idVendor=0x1234, idProduct=0x5678) desc = dev.ctrl_transfer(0x80, 0x06, 0x0100, 0, 18) # 获取设备描述符 ``` **USB3.0优化** - 独立控制管道优先级保障,避免高速数据传输阻塞配置请求[^1] --- #### 二、同步传输(Isochronous Transfer) **用途** - 实时数据传输(如摄像头视频流、音频设备) - **不保证数据完整性**,但严格保证带宽和延迟 **协议结构** $$ \text{同步事务} = \underbrace{\text{令牌包}}_{\text{IN/OUT}} + \underbrace{\text{数据包}}_{\text{固定长度}} $$ **无握手包**,直接丢弃错误数据[^2] **数据包示例** ``` | 帧头(0xA5) | 时间戳(32bit) | 视频数据块 (1024字节) | ``` **USB3.0优化** - **带宽提升**:SuperSpeed模式下单通道理论带宽达5Gbps - **多数据流支持**:通过Stream ID字段区分逻辑通道[^3] --- #### 三、中断传输(Interrupt Transfer) **用途** - 低延迟小数据量传输(如键盘按键事件、鼠标移动坐标) - 主机**周期性轮询**设备状态(而非设备主动中断) **协议结构** $$ \text{中断事务} = \underbrace{\text{令牌包}}_{\text{IN}} + \underbrace{\text{数据包}}_{\text{<=64字节}} + \underbrace{\text{握手包}}_{\text{ACK/NAK}} $$ **USB3.0优化** - **轮询间隔缩短**:最小间隔从USB2.0的1ms降至125μs - **动态负载调整**:根据数据量自动调整数据包大小[^4] --- #### 四、批量传输(Bulk Transfer) **用途** - 大容量非实时数据传输(如文件传输、打印机数据) - 高可靠性,**支持错误重传** **协议结构** $$ \text{批量事务} = \underbrace{\text{令牌包}}_{\text{IN/OUT}} + \underbrace{\text{数据包}}_{\text{可变长}} + \underbrace{\text{握手包}}_{\text{ACK/NAK/STALL}} $$ **USB3.0优化** - **流传输(Streams)**:允许单个端点关联多个数据流,提升并发能力 - **Scatter-Gather DMA**:减少CPU占用率[^3] ```python # 批量传输代码示例(使用libusb) import usb.util endpoint_out = dev[0][(0,0)][1] # 获取批量输出端点 data = b'Hello USB3.0' endpoint_out.write(data) # 发送数据 ``` --- ### 对比总结 | 传输类型 | 可靠性 | 实时性 | 典型应用 | USB3.0关键改进 | |------------|--------|----------|----------------------|------------------------| | 控制传输 | 高 | 低 | 设备配置 | 独立通道优先级保障 | | 同步传输 | 低 | 严格保证 | 摄像头/音频 | 带宽提升至5Gbps | | 中断传输 | 中 | 低延迟 | 键盘/鼠标 | 轮询间隔缩短至125μs | | 批量传输 | 高 | 无要求 | 文件传输/存储设备 | 流传输提升并发能力 | --- ### 常见问题 1. **USB3.0中断传输是否支持主动中断?** 不支持。USB协议中所有传输均由主机发起,设备通过**端点状态缓存**响应主机轮询。 2. **如何选择传输模式?** 根据数据类型决定: - 实时流媒体 → 同步传输 - 配置指令 → 控制传输 - 突发小数据 → 中断传输 - 大文件传输 → 批量传输 3. **USB3.0兼容模式传输如何工作?** 当连接USB2.0设备时,USB3.0控制器自动切换到USB2.0总线,沿用旧协议传输[^1]。 ---
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