USB学习笔记1 基础知识-程序员宅基地
基础概念
1. USB简介
USB（Universal Serial Bus）是一种通用的串行总线标准，用于在计算机系统、外部设备和其他数字设备之间传输数据。USB接口为设备提供了供电、数据传输和连接性，成为连接各种外围设备的主流标准。
2. USB的发展历程
- USB 1.x： 包括USB 1.0和USB 1.1，提供全速和低速传输，分别为1.5 Mbps和12 Mbps。
- USB 2.0： 引入高速传输，最大速率达到480 Mbps。
- USB 3.0 / USB 3.1 Gen 1： 超速传输，最大速率为5 Gbps。
- USB 3.1 Gen 2： 进一步提高传输速率，最大速率为10 Gbps。
- USB 3.2： 定义两种模式，分别是10 Gbps和20 Gbps的传输速率。
- USB4： 结合USB 3.2和Thunderbolt 3，提供最高40 Gbps的传输速率。
3. 编/解码方式
-
NRZI 数据为0电平翻转，数据为1电平不翻转
-
位填充 在数据进行NRZI编码前，每6个连续的1信号后都会插入一个0信号，避免因设备的时钟误差丢失同步。
4. 信号传输状态
信号传输有4种状态 J状态 K状态 SE0状态 SE1状态
差分0 ： D+ = 0 D- = 3
差分1 ： D+ = 3 D- = 0
5. 基本概念
帧 和 微帧 都是时间单位，帧为1ms；微帧：125us
包（Packet）
USB通信是通过包的形式进行的。包是数据的基本传输单元，用于在USB设备之间进行通信。每个包都有一个特定的结构，包括同步标志、帧号、端点地址、数据字段等。包有 令牌包、数据包、握手包、特殊包；多个包组成事务。
下图就是一个包，第一部分SYNC是同步字段、PID是标志、Frame是帧号，后面是CRC和结尾EOP.
事务（Transaction）
- USB通信是基于事务的，一个事务是一组数据传输操作，就是连续多个包的发送。USB协议定义了四种基本的事务类型：OUT（从主机到设备的数据传输）、IN（从设备到主机的数据传输）、SETUP（用于设备初始化和控制命令）、PING（用于轮询检测设备是否存在）。
- 事务构成：令牌包 + 数据包（可选）+ 握手包（可选）
下图就是一个事务，由三个包组成，第一个是SETUP令牌包，第二个是数据包，第三个是握手包。
传输（Transfer）
多个事务组成传输。
传输是USB通信的高层次概念，用于表示在USB设备之间传输数据的一种方式。USB定义了四种传输类型：控制传输、批量传输、中断传输和等时传输。 - 控制传输（Control Transfer）： 所有的主机和设备都支持的传输方式。 特点是数据量不大，正确保障高。主要用于设备初始化、配置和管理。这是USB设备与主机 之间进行控制和命令交互的方式。
- 批量传输（Bulk Transfer）： 主要用于大量数据的传输，对传输速率的实时性要求不高，例如打印机，U盘等。
- 中断传输（Interrupt Transfer）： 用于低延迟、数据量小、周期性的数据传输，例如鼠标、键盘等设备。
- 等时传输（Isochronous Transfer）： 用于实时传输，无差错控制，例如音频和视频数据。
下图就是一个传输
端点（Endpoint）
端点是USB设备上的逻辑通道，用于数据的输入或输出。每个端点都有唯一的地址，用于标识特定的数据流方向。
地址（Address）
每个USB设备都有一个唯一的地址，主机使用这个地址来标识和通信。
令牌（Token）
令牌是USB传输中的一种数据包类型，用于指示数据的方向和类型。
数据包（Data Packet）
数据包携带实际的用户数据，用于在USB设备之间传输信息。
握手（Handshake）
握手是一种用于确认数据包是否正确接收的机制。包括ACK（肯定确认）和NAK（否定确认）。
设备描述符（Device Descriptor）
设备描述符包含有关USB设备的基本信息，如厂商ID、产品ID等。
配置描述符（Configuration Descriptor）
配置描述符包含有关USB设备配置的信息，包括端点、功率要求等。
接口描述符（Interface Descriptor）
接口描述符包含有关USB设备接口的信息，如接口号、传输类型等。
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