usb 传输 数据 识别 设备.doc

USB 传输数据识别设备USB传输数据识别设备2010-04-1908:56读这篇文章之前要对USB有一定的了解，知道什么是主机，设备，USB是一个主从结构的接口先说说USB主机是怎么识别一个U盘的吧，当你把一个U盘插到电脑上的时候，电脑的USB接口上会发生一些变化，这里先得说说USB数据线是怎样的，它里面一般有用的有四根线，ground，VCC,DM(D-),DP(D+),而DM,DP是用来传输数据的，当U盘(以后简称U)插到电脑上的时候，U会把DP(D+)拉高，使DP，DM保持一个J状态(DP为高DM为低，有关总线的状态又有很多，想了解的自己去研究)，电脑主板的USB主机芯片检测到这个J状态(DP(D+)拉高)，(大概是这样，愿意详细了解的要仔细看协议)，知道有设备连接上了(这里提到的主机和设备是指连接在USB线两端的USB接口芯片)，电脑的驱动会对连接上的这个设备进行识别，我们把它叫做列举，这个过程是为了让电脑知道连接上的这个设备是什么东西(是U盘，还是USB鼠标，还是USB键盘，或是其他的什么)以下是一个U盘的全部列举过程，用图来说明，(后面有两个附件，一个USB分析仪软件，一个是U盘的的全部列举过程，用USB分析仪软件打开)可以到下载，这里我还不知道怎么上传附件。

在这之前先说说USB数据是怎么在DM,DP上传输的吧，当主机检测到有设备连接上，驱动先会对这个设备作些必备的事情，识别他的速度(这个过程又有很多协议，不多说了，要了解的仔细研究协议)，然后就是复位等等，之后就开始在总线(DM,DP)上发送1ms间隔的SOF包(全速)或125us间隔的SOF包(高速)，低速(我也不太清楚，呵呵)，什么是SOF包呢，SOF就是startofframe(帧开始)，其实就是帧开始的一个标记，其中有帧号，什么是帧呢，帧就是1ms的间隔(全速)或125us的间隔(高速)，所有的数据都是在帧内传输的USB数据都是以包的形式发出的，包都有固定的格式，它以一个sync(同步)开始，以一个eop(endofpacket，包结束)结束，sof包也是一样的，高速的sync，eop和全速的sync，eop不同下面是包的结构图，从左到右依次是sync场，pid场，当然PID后面是什么，还有没有数据要看具体发什么包了后面的令牌包，帧开始包，数据包，握手包决定了PID后面是什么，握手包的PID后面什么都没有，直接是EOP不得不说的是pid(packetID包的ID)，就是说明这个包是什么包，包的类型有四种:令牌包，数据包，握手包，特殊包。

不同类型的包又有不同的格式，每种类型又有不同的PID:PID类型PID名PID[3:0]描述令牌(Token)输出(OUT)输入(IN)帧开始(SOF)建立(SETUP)0001B1001B0101B1101B在主机到功能部件的事务中有地址+端口号在功能部件到主机的事务中有地址+端口号帧开始标记和帧号在主机到功能部件建立一个控制管道的事务中有地址+端口号数据(DATA)数据0(DATA0)数据1(DATA1)0011B1011B偶数据包PID奇数据包PID握手(Handshake)确认(ACK)不确认(NAK)停止(STALL)0010B1010B1110B接收器收到无措数据包;接收设备部不能接收数据，或发送设备不能发送数据;端口挂起，或一个控制管道请求不被支持专用(Special)前同步(PRE)1100B主机发送的前同步字打开到低速设备的下行总线通信附一份中文的(不全)下面是各个包的格式:令牌包图8-5显示了标记包的字段格式标记由PID，ADDR和ENDP构成，其中PID指定了包是输入，输出还是建立类型对于输出和建立事务，地址和端口字段唯一地确定了接下来将收到数据包的端口对于输入事务的，这些字段唯一地确定了哪个端口应该传送数据包。

只有主机能发出标记包输入PID定义了从功能部件到主机的数据事务输出和建立PID定义了从主机到功能部件的数据事务图8-5标记包格式如上图所示，标记包包括了覆盖地址和端口字段的5位CRCCRC并不覆盖PID,因为它有自己的校验字段标记和帧开始(SOF)包是由3个字节的包字段数据后面的包结束(EOP，EndofPacket)界定的如果包被译码为合法标记或SOF，但却没有在3个字节之后以EOP终止，则它被认为是无效的，并被接收器忽略帧开始(SOF,Start-of-Frame)包主机以每1.00ms±0.0005ms一次的额定速率发出帧开始(SOF)包如图8-6中所示，SOF包是由指示包类型的PID和其后的11位的帧号字段构成图8-6帧开始包SOF标记组成了仅有标记的(token-only)事务，它以相对于每帧的开始精确计算的时间间隔发送SOF记号(Marker)和伴随的帧数包括集线器的所有全速功能部件都可收到SOF包SOF标记不会使得接收功能部件产生返回包;因此，不能保证向任何给定的功能部件发送的SOF都能被收到SOF包发送2个时间调配(Timing)信息当功能部件探测到SOF的PID的时候，它被告知发生SOF。

对帧时间敏感而不需要追踪帧数(例如集线器)的功能部件，仅需对SOF的PID译码;可忽略帧数和其CRC如果功能部件需要追踪帧数，它必须对PID和时间戳都进行译码对总线时间调配信息的没有特别需要的全速设备可以忽略SOF包8.4.3数据包如图8-7所示，数据包由PID，包括至少0个字节数据的数据区和CRC构成有2种类型的数据包，根据不同的PID:DATA0和DATA1来识别2种数据包PID是为了支持数据切换同步(DataToggleSynchronization)(在第8.6节提到)而定义的图8-7数据包格式数据必须以整数的字节数发出数据CRC仅通过对包中的数据字段计算而得到，而不包括PID，它有自己的校验字段握手包如图8-8所示，握手包仅由PID构成握手包用来报告数据事务的状态，能还在表示数据成功接收，命令的接收或拒绝，流控制(FlowControl)和停止(Halt)条件只有支持流控制的事务类型才能返回握手信号握手总是在事务的握手时相(Phase)中被返回，也可在数据时相代替数据被返回握手包由1个字节的包字段后的EOP确定界限如果包被解读为合法的的握手信号，但没有以1个字节后面的EOP终止，则它被认为是无效的，且被接收机忽略。

图8-8握手包eop是在发完包后只表现在DM，DP上的一个标记，一个完整的包就是这样的，这只是以数据的形式表现出来的包，但是怎么把它发到DP，DM线上呢，有一种编码方式叫做NRZI编码，就是如果发的数据是1，DP,DM取反(相对于前一个数据)，就是如果发的数据是0，DP,DM保持原有的值不变(保持前一个数据的值)，取反和保持多久呢，是一个位时间，位时间?比如说全速12Mb/s，算一下它发一个位的时间是83.33ns，这就是全速位的位时间DP，DM在发送数据之前是J状态(DP为高DM为低)，还要注意，数据是按场发出去的，先发sync，然后pid，依次，每个场的数据都是先发低位然后次低位，最后最高位数据场值得注意，按字节顺序发，每个字节先发低位)数据就是这样发到DP，DM上的其中还有位填充==,很多其他的东西，这里不讲了，要了解的自己研究协议下面是NRZI编码的图解:数据的编码与解码在包传送时，USB使用一种NRII(NoneReturnZeroInvert，即无回零反向码)编码方案在该编码方案中，"1"表示电平不变，"0"表示电平改变图8列出了一个数据流及其它的NRII编码，在该图的第二个波形图中，一开始的高电平表示数据线上的J态，后面就是NRII编码。

一个包就是这样发出去的下面接着前面的列举说列举的整个过程是这样的:建立阶段:主机发一个SETUP令牌包，后面紧跟一个(data)包(主机发的)，这个data包是一个请求(请求是主机发给设备的，请求的作用是告诉设备主机下一步要干什么或者告诉设备该干什么，协议里规定了每个请求的格式和标准请求代码)比如说第一个请求是告诉设备要设备返回一个它的(设备的)设备描述符设备收到这个包无错误后会返回一个ACK握手包告诉主机已收到数据数据阶段:然后主机会发一个in令牌包，设备收到IN令牌包后，设备用数据(data)包(设备发的)返回他自己的设备描述符(协议里规定了各个设备的标准的描述符)，描述符里会有一些设备的描述，(描述他是什么东西，是U盘，还是USB鼠标，还是USB键盘，或是其他的什么)主机收到数据无错误后会返回一个ACK握手包,这个阶段主机也可能发out令牌包+数据包(主机发的)，数据阶段可以没有状态阶段:主机会发一个与数据阶段相反的令牌包，数据阶段如果是IN，现在发OUT+一个空的数据包(数据场没有数据的包)，设备会用ACK握手包相应数据阶段如果是OUT,现在发IN不+数据包，设备会返回空的数据包，当主机收到包且无错误时，主机会发一个握手包ACK。

以上是一个无任何错误请求的全过程，在列举过程中会有很多这样的请求，主机不是只问一次就可以知道这个设备是什么，通过多次的请求直到知道这个设备是什么为止之后通过请求会对这个设备配置地址==电脑就是通过这个地址来区分插在电脑上的两的U盘的以上的传输方式属于控制传输控制传输至少有两个阶段:建立和状态其他传输不是按这个(建立阶段，数据阶段，状态阶段)传输的，可以直接传输一个OUT包只有控制传输是这样的至于其他的传输类型只是区分一下每次传输的最大数据量，每帧传输的次数==自己看协议吧!下面是控制传输的图以上的过程当中还有可能出错，返回NAK而不是ACK，数据触发机制(和发data0还是data1有关的)，设备无相应，重试三次==一些问题没有讲，讲出来太多了要研究的自己看协议吧这篇文章主要是讲一下整个USB是怎么传输数据的，怎么认识一个设备的其中有很多没有讲，讲起来就要把协议全搬出来了，太多了要研究的看看这两本书，1《USB2.0与OTG规范及开发指南》北航出的，周立功编著，包括了所有USB的协议，高速，全速，OTG,HUB==，这本书把英文版的UAB协议整个翻译了一遍，里面又很多错误的，他是按字面意思直接翻译的，没有联系到协议本身的意思。

2.《》国防工业大学出版的，已经有第二版了主要是电气规范，数据传输协议，设备开发和一些驱动开发以后的便携式设备越来越多，USB的设备也越来越多，什么SD，MMC,CF这些卡，鼠标，键盘，==全用USB来连接到电脑以后USB的应用会更多，INTEL正在研发USB3.0，很期待啊。