USB之（二）通讯协议

最新推荐文章于 2025-05-30 09:32:02 发布

ivy_reny

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分类专栏：嵌入式文章标签： USB

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/ivy_reny/article/details/47664583

本文详细介绍了USB通讯协议，包括包的组成（同步字段、PID、数据字段、CRC和EOP）、信息包格式（令牌包、SOF包、数据包、握手包）以及事务处理（输入IN、输出OUT、设置SETUP）。还探讨了USB传输类型，如控制传输、中断传输、批量传输和同步传输的特性和工作原理。

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0、基本概念

一个【传输】（控制、批量、中断、等时）由多个【事务】组成；一个【事务】(IN、OUT、SETUP)由一个或多个【Packet】组成。

包是USB总线上数据传输的最小单位，不能被打断或干扰，否则会引发错误。若干个数据包组成一次事务传输，一次事务传输也不能打断，属于一次事务传输的几个包必须连续，不能跨帧完成。一次传输由一次到多次事务传输构成，可以跨帧完成。

USB数据在【主机软件】与【USB设备特定的端点】间被传输。【主机软件】与【USB设备特定的端点】间的关联叫做【pipes】。一个USB设备可以有多个管道(pipes)。

1、包

包（Packet）是USB系统中信息传输的基本单元，所有数据都是经过打包后在总线上传输的。包只能在帧内传输。高速USB总线的帧周期为125us，全速以及低速 USB 总线的帧周期为1ms。帧的起始由一个特定的包（SOF 包）表示，帧尾为 EOF。EOF不是一个包，而是一种电平状态，EOF期间不允许有数据传输。

注意：虽然高速USB总线和全速/低速USB总线的帧周期不一样，但是SOF包中帧编号的增加速度是一样的，因为在高速USB系统中，SOF包中帧编号实际上取得是计数器的高11位，最低三位作为微帧编号没有使用，因此其帧编号的增加周期也为 1mS。

USB包由五部分组成，同步字段（SYNC）、包标识符字段（PID）、数据字段、循环冗余校验字段（CRC）和包结尾字段（EOP）。包的基本格式如下所示：

SYNC

PID

DATA

CRC

EOP

1.1 同步字段(SYNC)

由8位/32位组成，作为每个数据包的前导，用来产生同步作用，使USB设备与总线的包传输率同步，它的数值固定为000000001。Full/low-speed为8位，high-speed为32位。

1.2 标识符字段(PID)

用来表示数据封包的类型。PID中的校验字段是通过对类型字段的每个位求反码产生的，PID字段如下所示：

PID0

PID1

PID2

PID3

~PID0

~PID1

~PID2

~PID3

信息包的类型包括令牌、数据、握手和特殊四种类型。

封包类型	PID名称	PID编码	意义
令牌	OUT	0001B	从主机到设备的数据传输
	IN	1001B	从设备到主机的数据传输
	SOF	0101B	帧的起始标记与帧码
	SETUP	1101B	从主机到设备，表示要进行控制传输
数据	DATA0	0011B	偶数数据封包
	DATA1	1011B	奇数数据封包
	DATA2	0111B	High-speed, high bandwidth isochronous transaction in a microframe数据包
	MDATA	1111B	High-speed for split and high bandwidth isochronous transaction 数据包
握手	ACK	0010B	接收器收到无错误的数据封包
	NAK	1010B	接收器无法接收数据或发射器无法送出数据
	STALL	1110B	端点产生停滞的状况
	NYET	0110B	接收器无响应