usb2.0中的事务(Transactions)和传输(Transfers)

1. 综述

usb2.0协议规定了4中传输(Transfers)类型，分别是：

• 批量传输（Bulk Transfers）
• 控制传输（Control Transfers）
• 中断传输（Interrupt Transfers）
• 同步传输（Isochronous Transfers）

usb2.0中有4种端点类型(端点类型 由 端点描述符 的 bmAttributes 字段决定)，分别是 批量端点(bulk endpoint), 控制端点(control endpoint), 中断端点(interrupt endpoint), 同步端点(isochronous endpoint) ，usb的通信可以抽象为主机(host) 与 不同端点间的数据交换，

• 主机(host) 与 批量端点(bulk endpoint) 的数据交换采用批量传输(Bulk Transfers)。
• 主机(host) 与 控制端点(control endpoint) 的数据交换采用控制传输(Control Transfers)。
• 主机(host) 与 中断端点(interrupt endpoint) 的数据交换采用中断传输(Interrupt Transfers)。
• 主机(host) 与 同步端点(isochronous endpoint) 的数据交换采用同步传输(Isochronous Transfers)。

usb2.0上层便是使用这4种传输类型进行传输数据。《Universal Serial Bus Specification Revision 2.0》的5.5，5.6，5.7，5.8 章节对上述4中传输类型的特点和限制进行了详细说明,有兴趣可以参阅一下.

2.事务(Transactions)和传输(Transfers)

《Universal Serial Bus Specification Revision 2.0》第8 章从包(packet) 构成 和事务(Transactions) 的构成，以及 传输(Transfers) 的构成，以及数据的同步与重传机制，错误检测与恢复机制都进行了说明

本文暂不讨论数据的同步与重传机制，错误检测与恢复机制，有关包(packet) 的概念我在
《usb2.0中的包（packet）》进行了介绍。本文着重介绍 事务(Transactions) 和 传输(Transfers) 的概念以及他们的关系。
用一句话总结：传输(Transfers) 是由一个或多个事务(Transactions) 构成，事务(Transactions) 由多个 包(packet) 构成。

2.1 usb2.0中有哪些事务？

先看一下《Universal Serial Bus Specification Revision 2.0》的第8.5章：

从上面目录，我们可以看到了 批量事务(Bulk Transactions) , 中断事务(Interrupt Transactions) ， 同步事务（Isochronous Transactions）， 但却没有控制事务， 为什么？

• 一个或多个批量事务构成批量传输
• 一个或多个中断事务构成中断传输
• 一个或多个同步事务构成同步传输
• 相较上述几种传输，控制传输是特别的，并没有单独的控制事务，后文继续讨论。

2.2 批量事务(Bulk Transactions)与批量传输(Bulk Transfers)

2.2.1 批量事务(Bulk Transactions)的组成

下图可以很清晰的看出批量事务(Bulk Transactions) 的组成，便不再使用过多笔墨描述。

2.2.2 批量传输(Bulk Transfers)的组成

暂不对ping事务进行讨论，后续文章结合具体场景进行讨论。如下图，批量传输(Bulk Transfers) 就是批量事务(Bulk Transactions) 的简单重复。

注：组成批量传输(Bulk Transfers) 的批量事务(Transactions) 间的时间间隔没有要求，总线空闲时host便会发起传输，当总线中有其他实时性要求较高的传输(如中断传输)时，总线会优先进行实时性要求较高的传输，总线空闲时才会进行批量传输(Bulk Transfers) ，批量传输(Bulk Transfers) 的时效性是不保证的。

2.2.2 批量传输(Bulk Transfers)的特点与限制

• 批量传输(Bulk Transfers) 并不是必须支持的。
• 低速模式 不能支持批量传输，全速/高速模式可以支持批量传输。
• 批量传输适合大量且对速率和传输时间无要求的场景，原因批量传输(Bulk Transfers) 在总线竞争中优先级较低，例如在 批量传输和中断传输产生竞争时，host会优先进行中断传输。
• 批量传输(Bulk Transfers) 对 批量事务(Transactions) 的间隔是没有规定的，在总线空闲时即可发起。
• 一次批量事务传输的字节数：
  • 由端点描述符的wMaxPacketSize字段决定。
  • 对于全速设备可以是8/16/32/64个字节
  • 对于高速设备必须是 512个字节

2.3 中断事务(Interrupt Transactions) 和中断传输(Interrupt Transfers)

2.3.1 中断事务(Interrupt Transactions)的组成

下图描述了中断事务(Interrupt Transactions) 的组成，便不再使用过多笔墨描述。

2.3.2中断传输(Interrupt Transfers)的组成

中断传输(Interrupt Transfers) 即是 周期性(固定时间间隔) 的进行中断事务。也可以理解为一个中断传输包含一个中断事务，关键点在于周期进行，对实时性是有要求的。
因其对“实时性”的要求，总线会对中断传输预留足够的带宽。

2.3.3中断传输(Interrupt Transfers)的特点与限制

• 中断传输(Interrupt Transfers) 并不是必须支持的。
• 低速/全速/高速模式 均支持中断传输(Interrupt Transfers)
• 中断事务 的间隔时间
  • 由端点描述符的bInterval字段决定
  • 低速端点：bInterval表示最大的间隔时间,单位是ms,取值范围是10-255，即最大间隔时间可配置为10ms - 255ms.
  • 全速端点：bInterval表示最大的间隔时间,单位是ms,取值范围是1-255，即最大间隔时间可配置为1ms - 255ms.
  • 高速端点：传输间隔由公式 (2^bInterval-1) * 125us 表示，bInterval的取值范围是 1 - 16，允许的时间范围是 125us - 4.096s
• 中断事务传输的字节数：
  • 由端点描述符的wMaxPacketSize字段决定。
  • 低速：小于等于 8 字节
  • 全速：小于等于 64 字节
  • 高速：小于等于 1024 字节

2.4 同步事务（Isochronous Transactions）

2.4.1 同步事务(Isochronous Transactions)的组成

下图描述了同步事务(Isochronous Transactions)的组成，便不再使用过多笔墨描述。

2.4.2 同步传输(Isochronous Transfers)的组成

同步传输 与 中断传输类似， 区别在于没有握手阶段，也就不支持重传机制。

2.4.3 同步传输(Isochronous Transfers)的特点与限制

• 实时传输(Isochronous Transfers) 并不是必须支持的。
• 低速模式 不能支持实时传输，全速/高速模式可以支持实时传输。
• 实时事务 的间隔时间:
  • 由端点描述符的bInterval字段决定
  • 全速端点：传输间隔由公式 (2^bInterval-1) * 1ms 表示，bInterval的取值范围是 1 - 16，允许的时间范围是 1ms - 32.768s
  • 高速端点：传输间隔由公式 (2^bInterval-1) * 125us 表示，bInterval的取值范围是 1 - 16，允许的时间范围是 125us - 4.096s
• 实时事务传输的字节数：
  • 由端点描述符的wMaxPacketSize字段决定
  • 全速：小于等于 1023 字节
  • 高速：小于等于 1024 字节

2.5 控制传输（Control Transfers）

控制传输分为3个阶段，分别是：

• 建立阶段（setup phase）：usb主机向设备发送特定的请求（request）
• 数据阶段（data phase）：主机向设备发送数据或从设备获取数据（不是必须的，有些请求不需要交换数据）
• 状态阶段（status phase）：对结果的反馈，由设备向主机反馈。

2.5.1 建立阶段（setup phase）

建立阶段由一个建立事务（setup Transactions） 组成，如下图所示：

建立事务（setup Transactions） 的 数据包，传输的是一个固定格式的请求，请求分为3类：

• 标准请求：usb2.0标准定义的请求，如GetDescriptor(），Set Address(），可参阅《Universal Serial Bus Specification Revision 2.0》第九章
• 类请求：特定类要求支持的请求，如hid cdc等，可参考对应的设备类标准
• 厂商自定义请求：厂商自定义的请求。

注：本文暂不对 请求（Requests） 展开描述，后续会单独对各种请求进行描述，下表是 请求（Requests） 的字段简单描述：

地址偏移量	字段名	长度（字节）	说明
0	bmRequestType	1	指明控制请求的特性： D7 数据传输方向： 0 - 主机到设备 1- 设备到主机 D6 ~ D5 类型： 0 - 标准， 1 - 设备类， 2 - 供应商， 3 - 保留 D4~ D0 接收方： 0 - 设备， 1 - 接口，2 - 端点， 3 - 其他， 4~31 - 保留
1	bRequest	1	控制请求的请求号
2	wValue	2	控制请求的参数，其值根据具体请求的不同而不同
4	wIndex	2	控制请求的参数，典型用于传送索引值或偏移量
6	wLength	2	指明该控制事务数据阶段所需传输的字节数

2.5.2 数据阶段（data phase）

控制传输的数据阶段是一个批量传输（Bulk Transfers） ，便不过多赘述。

• 数据阶段并不是必须的
• 数据阶段由DATA1开始

2.5.3 状态阶段（status phase）

状态阶段（status phase）是由设备向主机报告状态。

• 如果数据阶段是OUT事务 ，则主机发起IN事务向设备询问状态
• 如果数据阶段是IN事务 ，则主机发起OUT事务向设备询问状态
• 如果没有数据阶段，则主机发起IN事务向设备询问状态

状态阶段（status phase）设备向主机报告状态的方法如下，很好理解：

设备状态	IN事务报告的方法	OUT事务报告的方法
usb设备忙	NAK握手包	NAK握手包
USB设备有错误	STALL握手包	STALL握手包
USB设备成功处理	l零长度数据包	ACK握手包