USB通讯协议 && 数据传输

时间:2022-01-06 23:02:02

USB2.0通讯协议(spalish)

1.包(packet)
包是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。USB包由五部分组成,同步字段(sync)、包标识符(PID)、数据字段、CRC和包结尾字段(EOP)。
包类型(由PID区分):
令牌:OUT   IN  SOF  SETUP
数据:DATA0  DATA1
握手:ACK  NAK  STALL
特殊:PRE
2.事务(transaction)
USB系统上一次接收或发送的处理过程称为事务。事务处理的类型有:输入事务,输出事务,设置事务,帧开始,帧结尾
还有一个特殊的事务类型:拆分事务(split transaction),用来支持高速hub上连接低速或全速设备。这种特殊事务类型只是和host和hub有关,但是对设备是透明的。
3.传输
控制传输、中断传输、批量传输、等时传输
所有的四种传输方式都由上面的事务来处理,也就是说传输由不同类型的事务组成,事务由不同类型的的收发组成
3.包传送和frame的关系?帧(frame)和微帧(microframe)
USB总线上的传输由帧组成。
低速或全速设备通过帧来传送,周期1ms
高速设备通过微帧,周期125us
host每1ms产生SOF包(相当于微帧的时候是每8个微帧产生一个SOF包)
一个帧可以包含多个事务。每N个帧总线会分配带宽给中断传输或是等时传输
可以这么理解:总线时隙分成一个个帧,每个帧里面由事务组成。host controller的作用就是根据传输类型合理分配这些事务在总线上的调度。
USB  最主要的的是要理解   USB主机发送命令给设备,设备要对主机的命令进行响应, USB通讯的基本单位为 “包”   理解好“包”这个概念是学习USB的关键所在。 
包有如下分类: 
分别是令牌包、数据包、握手包和特殊包(其实是由PID决定的) 
令牌包:可分为输入包、输出包、设置包和帧起始包(注意这里的输入包是用于设置输入命令的,输出包是用来设置输出命令的,而不是放据数的)其中输入包、输出包和设置包的格式都是一样的: 
SYNC+PID+ADDR+ENDP+CRC5(五位的校验码) 
帧起始包: 
SYNC+PID+11位FRAM+CRC5(五位的校验码) 
数据包:分为DATA0包和DATA1包,当USB发送数据的时候,当一次发送的数据长度大于相应端点的容量时,就需要把数据包分为好几个包,分批发送,DATA0包和DATA1包交替发送,即如果第一个数据包是DATA0,那第二个数据包就是DATA1。但也有例外情况,在同步传输中(四类传输类型中之一),所有的数据包都是为DATA0,格式如下: 
SYNC+PID+0~1023字节+CRC16 
握手包:结构最为简单的包,格式如下 
SYNC+PID
下面举几个例子来说明USB的通讯过程: 
1:主机想要向设备传送一串数据。 过程如下: 
(1)   主机向从机发送 “令牌包”,令牌包的类型为输出包,表示主机要向从机发送数据了。 
(2)   主机向从机发送完令牌以后,USB处理器件根据发送的令牌,会将中断状态寄存器标志置位,从机CPU通过查询USB处理器件的中断状态寄存器,对主机的令牌包进行响应 
(3)   从机判别出中断类型,于是,准备从主机接收数据。 
(4)   从机准备好了,于是主机开始发送“数据包” 这时,USB处理器件会自动将从主发送过来的数据放如它的内部缓冲区内,接收完这个数据包后,从机向主机发送“应答包”  
这就是一个完整的通讯过程。 
由以上可以看出,USB若是想要传送数据,那么主机必须先发一个 IN 或OUT的令牌包,然后发送DATA0,或DATA1数据包。 
简单的用现实生活中的事件进行描述:  老板想让员工去做一件事情,老板 先会发出命令,告诉要做什么事情,员工准备好以后呢,老板再把做这件事情的经费发放给员工,当员工把发放的经费清点以后,发现数目正确,他会给老板一个回应信息,告诉老板,钱已经收到了,而且数目正确。 
老板想让员工做的事:  对应USB通讯里的令牌包。 
老板想要发放的经费:  对应USB通讯里的数据包。 
员工给老板的回应:    对应USB通讯里的握手包。 
这里尤其需要注意一个问题就是: 
USB主机向设备发送令牌包的时候,接收令牌是有USB器件来完成的,而不是有从机CPU来完成的,如主机发送一个如下的令牌: 
SYNC+PID+ADDR+ENDP+CRC5 
USB器件回根据PID的类型来判断是哪种类型的令牌 根据ADDR的值来判断是否是和自己通讯,根据ENDP的值来判断是和哪个端点进行通讯,根据校验来判断,数据传送是否无误。根据以上的令牌包信息,USB器件会将其内部的中断状态寄存器相应的位置位,从机CPU可以查询这个中断状态寄存器来进行相应的操作。