USB学习笔记（一）------USB底层基础知识

太过爱你忘了你带给我的痛 2022-05-26 04:55 267阅读 0赞

USB主控制器负责处理主机和设备之间的电气和协议层的联系。常见的USB主控制器规格有3种分别为：

1、OHCI：主要是非PC系统上的USB芯片。（例如ARM）

2、UHCI：大多是Intel和Via主板上的USB控制器芯片。他们都是由USB1.1规格的。

3、EHCI：是由Interl和其它厂商开发，兼容OCHI和UHCI，遵循USB2.0规范。

USB的数据传输跟其它的一样，USB数据是由二进制数字串构成的。

首先由二进制串构成域，域再构成包，包再构成事务（SETUP、IN、OUT），事务最后构成传输（中断传输、等时传输、批量传输、控制传输）。

一、域是USB数据构成的最小单位，由若干位二进制组成，域可以分为7个类型

1、同步域（SYNC）、八位固定值0000 0001，用于本地时钟与输入同步。

2、标识域（PID）、由四位标识符和四位标识符反码构成，表明包的类型和格式，由四位可知这里USB的标识符有16种。

3、地址域（ADDR）、七位地址代表设备在主机上的地址，地址0000 000被命名为零地址，是任何一个设备第一次连接到主机时被主机配置、枚举前的默认地址，由此可知为什么USB主机只能接127个设备的原因。

4、端点域（ENDP）、四位，由此可知一个USB设备的端点数量最大为16个。

5、帧号域（FRAM）、11位，每一帧都有一个特定的帧号，最大容量为0x800，对于同步传输有重要的意义。

6、数据域（DATA）、长度为0~1023字节，在不同的传输类型中，数据域的长度各不相同，但必须为整数个字节的长度。

7、校验域（CRC）、对令牌包和数据包中的非PID域进行校验的一种方法，CRC校验在通讯中应用很广泛。

二、包是由域所构成，包分为令牌包、数据包、握手包和特殊包，前面三种是重要的包，不同的包的域结构不同。

1、令牌包：可以分为输入包、输出包、设置包和帧起始包：

输入输出包：SYNC+PID+ADDR+ENDP+CRC5

帧起始包：    SYNC+PID+11位FRAM+CRC5

2、数据包：分为DATA0和DATA1包。

数据包：SYNC+PID+0~1023字节+CRC16

3、握手包：SYNC+PID

（以上格式都为USB1.1协议）

三、事务：分别有IN事务、OUT事务和SETUP事务这三大事务构成，每一种事务都是由令牌包、数据包、握手包三个阶段构成。

四、传输：由OUT、IN、SETUP事务构成的传输类型分为中断传输、等时传输、批量传输和控制传输。

每个USB控制器都会自带一个USB Hub，该Hub被称为根Hub（Root）。这个根Hub可以连接子Hub（Sub），每个Hub上挂载USB设备。通过外接USB Hub，可以插更多的USB设备。当USB设备插入到Hub上或从上面拔出时，都会发出电信号通知系统。我们可以查看USB的电路可以知道USB Hub端口的两根信号线的每一根都有15kΩ的下拉 阻，而每一个设备在D+都有一个1.5kΩ的上拉电阻。当用USB线将USB控制器和设备接通后，设备的上拉电阻使信号线的电平升高，因此被Hub检测到。（注意：全速和高速设备D+有上拉电阻，低速设备D-有上拉电阻）。

在USB设备组织中，包含设备、配置、接口和端点4个层次。一个设备通常有一个或多个配置，配置通常有一个或多个接口，接口有0个或多个端点。每个USB设备都可以包含一个或多个配置，不同的配置使设备表现出不同的功能组合，配置由多个接口组成。在USB协议中，接口由多个端点组成，代表一个基本功能，是USB设备驱动程序控制的对象，一个功能复杂的USB设备可以具有多个接口，而接口是端点汇集。

下面来看一下几个重要的结构体：

1、设备描述符 
    struct _DEVICE_DEs criptOR_STRUCT 
    { 
    BYTE bLength; //设备描述符的字节数大小，为0x12 
    
    BYTE bDes criptorType; //描述符类型编号，为0x01 
    
    WORD bcdUSB; //USB版本号 
    
    BYTE bDeviceClass; //USB分配的设备类代码，0x01~0xfe为标准设备类，0xff为厂商自定义类型 
    
    //0x00不是在设备描述符中定义的，如HID 
    
    BYTE bDeviceSubClass; //usb分配的子类代码，同上，值由USB规定和分配的 
    
    BYTE bDeviceProtocl; //USB分配的设备协议代码，同上 
    
    BYTE bMaxPacketSize0; //端点0的最大包的大小 
    
    WORD idVendor; //厂商编号 
    
    WORD idProduct; //产品编号 
    
    WORD bcdDevice; //设备出厂编号 
    
    BYTE iManufacturer; //描述厂商字符串的索引 
    
    BYTE iProduct; //描述产品字符串的索引 
    
    BYTE iSerialNumber; //描述设备序列号字符串的索引 
    
    BYTE bNumConfiguration; //可能的配置数量 
    }

2、配置描述符 
    struct _CONFIGURATION_DEs criptOR_STRUCT 
    { 
    BYTE bLength; //设备描述符的字节数大小，为0x12 
    
    BYTE bDes criptorType; //描述符类型编号，为0x01 
    
    WORD wTotalLength; //配置所返回的所有数量的大小 
    
    BYTE bNumInterface; //此配置所支持的接口数量 
    
    BYTE bConfigurationVale; //Set_Configuration命令需要的参数值 
    
    BYTE iConfiguration; //描述该配置的字符串的索引值 
    
    BYTE bmAttribute; //供电模式的选择 
    
    BYTE MaxPower; //设备从总线提取的最大电流 
    }

3、接口描述符 
    struct _INTERFACE_DEs criptOR_STRUCT 
    { 
    BYTE bLength; //设备描述符的字节数大小，为0x12 
    
    BYTE bDes criptorType; //描述符类型编号，为0x01 
    
    BYTE bInterfaceNunber; //接口的编号 
    
    BYTE bAlternateSetting;//备用的接口描述符编号 
    
    BYTE bNumEndpoints; //该接口使用端点数，不包括端点0 
    
    BYTE bInterfaceClass; //接口类型 
    
    BYTE bInterfaceSubClass;//接口子类型 
    
    BYTE bInterfaceProtocol;//接口所遵循的协议 
    
    BYTE iInterface; //描述该接口的字符串索引值 
    }

4、端点描述符 
    struct _ENDPOIN_DEs criptOR_STRUCT 
    { 
    BYTE bLength; //设备描述符的字节数大小，为0x12 
    
    BYTE bDes criptorType; //描述符类型编号，为0x01 
    
    BYTE bEndpointAddress; //端点地址及输入输出属性 
    
    BYTE bmAttribute; //端点的传输类型属性 
    
    WORD wMaxPacketSize; //端点收、发的最大包的大小 
    
    BYTE bInterval; //主机查询端点的时间间隔 
    }

5、字符描述符 
    struct _STRING_DEs criptOR_STRUCT 
    { 
    BYTE bLength; //设备描述符的字节数大小，为0x12 
    
    BYTE bDes criptorType; //描述符类型编号，为0x01 
    
    BYTE SomeDes criptor[36]; //UNICODE编码的字符串 
    }

详情请仔细阅读该文档：http://download.csdn.net/detail/laoylhuli/4588942