一、USB数据包的格式
在USB系统中,有四种形式的数据包--标记数据包(Token Packets)、DATA数据包(DATA Packets)、帧开始数据包(SOF Packets)和握手数据包(Handshake Packets)。
1.标记数据包由PID、ADDR、ENDP和CRC5四个字段组成(图1)。它因为PID字段的不同而分为输入类型(IN)、输出类型(OUT)和设置类型(SETUP)三种。标记数据包处于每一次USB传输的DATA数据包前面,以指明这次USB操作的类型(PID字段标记)、操作的对象(在ADDR和ENDP字段中指明)等信息。5bit的CRC校验位用来确保标记数据包的正确性。
2.我们已经指出,USB主机会每隔1ms在USB总线上产生一个SOF的USB帧同步信号,SOF数据包包含了这个脉冲序列的实际内容(图2),它由SOF格式的PID字段、帧数量字段和5bit的CRC校验码组成。主机利用SOF数据包来同步数据的传送和接收。
3.用于传输真正数据的DATA数据包(图3),因为PID的不同可以分为DATA0和DATA1两种。DATA0为偶数据包,DATA1为奇数据包。DATA数据包的奇偶性分类易于数据的双流水处理,而用于控制传输的DATA数据包总是以DATA0来传送数据。
4.握手数据包仅仅包含一个PID字段(图4),ACK形式的PID表明此次USB传输没有发生错误,数据已经成功的传输;而NAK形式的握手数据包则向主机表明此次USB传输因为CRC校验错误或别的原因而失败了,从而使得主机可以进行数据的重新传输;STALL形式的回应向主机报告外设此刻正处于挂起状态而无法完成数据的传输。
需要指出的是,每个数据包的结束都会有两个bit宽的EOP字段作为数据包结束的标志(图5),EOP在差模信号中表现为D+和D-都处于"0"状态。对于高速USB外设而言,这个脉冲宽度在160~175ns之间,而低速设备则在1.25~1.50μs之间。无论其后是否有其它的数据包,USB线缆都会在EOP字段后紧跟1bit的总线空闲位。USB主机或外设利用EOP来判断一个数据包的结束。
图1 标记数据包的组成
图2 SOF数据包的格式
图3 DATA数据包的格式图4 握手数据包
图5 EOP字段在差模信号中的电压表现
二、USB总线的数据传输模式
在前面我们已经提到,每一个USB信道对应着一个特定的USB传输模式,根据不同的需要,USB外设可以为USB信道指定不同的USB传输模式。USB总线支持四种数据传输模式:
1.控制传输模式(图6