USB通信协议C++demo

USB（Universal Serial Bus）通信协议是一种广泛应用于计算机和外部设备之间的串行通信协议，具有热插拔、即插即用、高速传输等特点。

基本架构

• 主机：通常是计算机或其他具有USB主机控制器的设备，负责管理和控制USB总线上的所有通信。
• 设备：连接到USB总线上的各种外部设备，如鼠标、键盘、打印机、U盘等。每个设备都有唯一的地址和设备描述符，用于向主机标识自己的功能和特性。
• 集线器：用于扩展USB接口数量，允许多个设备连接到同一个USB总线上。集线器可以是内置在主机中的，也可以是独立的外部设备。

数据传输类型

• 控制传输：主要用于主机与设备之间的配置、命令和状态信息的传输。例如，当设备插入USB接口时，主机通过控制传输获取设备的描述符，了解设备的功能和需求，并对设备进行配置。
• 批量传输：适用于大量数据的传输，如U盘的数据读写。这种传输类型具有较高的数据传输效率，但不保证实时性，数据会在总线上排队等待传输。
• 中断传输：通常用于需要及时响应的设备，如鼠标和键盘。设备会定期向主机发送中断请求，主机在收到请求后会立即处理，以保证设备的实时性。
• 等时传输：用于对时间要求严格的实时数据传输，如音频和视频数据。它以固定的时间间隔传输数据，保证数据的连续性和实时性，但不保证数据的准确性，可能会出现少量的数据丢失或错误。

传输过程

• 建立连接：当设备插入USB接口时，主机通过检测USB总线上的电平变化来发现新设备，并通过一系列的控制传输来获取设备的描述符，进行设备枚举和配置，为设备分配地址和资源。
• 数据传输：在设备配置完成后，主机和设备之间就可以进行数据传输了。根据不同的传输类型，数据会按照相应的协议格式进行打包和传输。例如，批量传输的数据会被分成多个数据包，每个数据包包含数据和相关的控制信息，然后通过USB总线发送到目标设备。
• 传输结束：当数据传输完成后，主机或设备会发送相应的结束信号，通知对方传输结束。设备可以选择继续保持连接，等待下一次数据传输，也可以断开连接，节省能源。

数据包格式

• 令牌包：用于标识数据传输的类型、方向和设备地址等信息，是数据传输的起始标志。常见的令牌包有输入令牌包（IN）、输出令牌包（OUT）和设置令牌包（SETUP）等。
• 数据包：包含实际要传输的数据内容。根据传输类型和数据量的不同，数据包的大小和格式也有所不同。例如，批量传输的数据包可以包含多个字节的数据，而控制传输的数据包通常较小，只包含一些命令和参数。
• 握手包：用于确认数据的接收和传输状态。常见的握手包有确认包（ACK）、否定确认包（NAK）和错误包（STALL）等。当设备成功接收到数据时，会发送ACK包给主机；如果数据接收错误或设备忙，则发送NAK包；如果设备出现严重错误，无法继续传输，则发送STALL包。

电源管理

• USB总线为设备提供电源：设备可以从USB总线上获取电力，以满足其工作需求。根据USB标准，每个USB端口可以提供一定的电流，如USB 2.0端口通常可以提供500mA的电流，USB 3.0端口可以提供900mA的电流。
• 设备的电源管理：设备可以根据自身的工作状态和需求，向主机请求不同的电源模式，如待机、睡眠和唤醒等。主机也可以通过发送电源管理命令来控制设备的电源状态，以节省能源。

以下是一个使用 libusb 库实现简单 USB 通信的 C++ 示例代码。libusb 是一个跨平台的库，用于访问 USB 设备。

代码示例

#include <iostream>
#include <libusb-1.0/libusb.h>

#define VENDOR_ID 0xXXXX  // 替换为实际的厂商 ID
#define PRODUCT_ID 0xXXXX // 替换为实际的产品 ID

int main() {
   
   
    libusb_context *ctx = NULL;
    libusb_device_handle *dev_handle = NULL;
    int r;