Linux·usb协议

目录

1、USB是什么 

1.1 USB特点：

1.2 USB设备供电方式:

1.3 USB总线信号:

1.4 USB插入检测和速度检测

1.5 数据编解码和位填充 

2. USB传输

2、1包

2.1.1 包的组成：

2.1.2 包的内容：

2、2 事件 

2、3  传输

2.3.1 批量传输

2.3.2 中断传输

2.3.3 等时传输

2.3.4 控制传输

3、USB标准请求

3.1 USB标准请求的数据结构 

​3.2 USB 设备枚举及描述符介绍 

 例程分析

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1、USB是什么 

USB（Universal Serial Bus）全称通用串口总线，USB为解决即插即用需求而诞生，支持热插拔。USB协议版本有USB1.0、USB1.1、USB2.0、USB3.1等，USB2.0目前比较常用，以下以2.0为主介绍。由于USB是主从模式的结构，设备与设备之间、主机与主机之间不能互连，为解决这个问题，扩大USB的应用范围，出现了USB OTG，全拼 ON The Go。USB OTG 同一个设备，在不同的场合下可行在主机和从机之间切换。

1.1 USB特点：

USB1.0和USB1.1支持1.5Mb/s的低速模式和12Mb/bs的全速模式。在USB2.0以上支持480Mb/s的高速模式。应用如下：

1.2 USB设备供电方式:

USB设备有两种供电方式 

• 自供电设备：设备从外部电源获取工作电压 
• 总线供电设备：设备从VBUS(5v) 取电 
  • 对总线供电设备，区分低功耗和高功耗USB设备 
    • 低功耗总线供电设备：最大功耗不超过100mA 
    • 高功耗总线供电设备： 枚举时最大功耗不超过100mA，枚举完成配置结束后功耗不超过500mA 

设备在枚举过程中，通过设备的配置描述符向主机报告它的供电配置（自供电/总线供电）以及它的功耗要求
如下 USB 配置描述符（以Joystick为例），后面具体介绍：

1.3 USB总线信号:

USB使用的是差分传输模式，两个数据线D+和D- 

• 差分信号1：D+ > VOH(min) (2.8V) 且D- < VOL(max)(0.3V) 
• 差分信号0：D- > VOH and D+ < VOL
• J状态（高电平）：D+ 高，D- 低
• K状态（低电平）：D+低，D- 高
• SEO状态：D+ 低，D- 高
• Reset信号：D+ and D- < VOL for >= 10ms ，主机在要和设备通信之前会发送Reset信号来把设备设置到默认的未配置状态。即主机拉低两根信号线（SE0状态）并保持10ms 
• Idle状态：J状态数据发、送前后总线的状态 
• Suspend状态：3ms以上的J状态 
• SYNC： 3个KJ状态切换，后跟随2位时间的K状态（看到的波形变化是总线上发送0000 0001经过NRZI编码后的波形）
• Resume信号：20ms的K状态+低速EOP 主机在挂起设备后可通过翻转数据线上的极性并保持20ms来唤醒设备，并以低速EOP信号结尾带远程唤醒功能的设备还可自己发起该唤醒信号；前提是设备已进入idle状态至少5ms，然后发出唤醒K信号，维持1ms到15ms并由主机在1ms内接管来继续驱动唤醒信号 
• SOP：从IDLE状态切换到K状态 
• EOP：持续2位时间的SE0信号，后跟随1位时间的J状态 
• Keep alive即低速EOP信号  

1.4 USB插入检测和速度检测

 主机通过设备在D+或D-上的1.5K上拉来检测设备的连接和断开事件，并由此判别设备的速度 
主机先把高速设备检测为全速设备，然后再通过“Chirp序列”的总线握手机制来识别高速和全速设备

1. USB连接和断开连接：

设备连上主机时(连接)

• 当主机检测到某一个数据线电平拉高并保持了一段时间，就认为有设备连上来了，主机必需在驱动SE0状态以复位设备之前，立刻采样总线状态来判断设备的速度 

 没有设备连上主机时(断开)

• D+和D-数据线上的下拉电阻起作用，使得二者都在低电平；主机端看来就是个SE0状态；同样地，当数据线上的SE0状态持续一段时间了，就被主机认为是断开状态

1.5 数据编解码和位填充 

USB采用NRZI（非归零编码）对发送的数据包进行编码 

• 输入数据0， 编码成“电平翻转” 
• 输入数据1， 编码成“电平不变” 

编码出来的序列，高电平：J状态；低电平：K状态 

 位填充是为了保证发送的数据序列中有足够多的电平变化，填充的对象是（输入数据），即先填充再编码 ，数据流中每6个连续的“1”，就要插入1个“0”，从而保证编码，数据出现电平变化，接收方赋值解码NRZI码流，然后识别出填充位，并丢弃它们

2. USB传输

一个transfer(传输)由一个或多个transaction(事务)构成，一个transaction(事务)由一个或多个packet(包)构成，一个packet(包)由一个或多个sync(域)构成。

1.传输数据通信

• USB的数据通讯首先是基于传输(transfer)的，传输的类型有:中断传输、批量传输、同步传输、控制传输。

2.事务数据通讯

• 一次传输由一个或多个事务(transaction)构成，事务可以分为:in事务、out事务、setup事务。

3.包数据通讯

• 一个事务由一个或多个包(packet)构成，包可分为:令牌包(setup)、数据包(data)、握手包(ack)、特殊包。

4.域数据通讯

• 一个包由多个域构成，域可分为：同步域(sync)、标识域(pid)、地址域(addr)、端点域(endp)、帧号域(