usb2.0协议复习--Apple的学习笔记

一，前言

10多年前买过一本圈圈教你usb，然后自己移植了代码到自己焊接的单片机最小系统，当时连原理图都是我自己画的，现在原理图软件已经不知道怎么用了，所以usb协议基本也忘记了。居然配置了usb host那么简单，这样感觉都没有学习过什么，我还是希望要雁过留痕。所以下载了wireshark usb抓包玩了下，百度也看了别人的usb D+和D-的抓包。但是还是需要以了解协议为主。

二，学习笔记

现在都是typec或usb3.0，但是我依然选择学习usb2.0协议，因为我今天的目的只是要大概了解而已，所以学习最简单的，最重要的内容即可，这也就是当初我学习Linux0.11源码的目的是一样的。

1.usb采用轮询广播传输机制，具体组成的包括令牌包,数据包,握手包及特殊包。主要通过PID字段

2.管道是数据传输模型，有2种，包括无格式的流管道和带格式的信息管道。任何usb设备一旦上电就存在默认的一条信息管道，usb host通过该管道来进行枚举，获取设备的描述，配置，状态，并对设备进行配置。枚举就是一系列的请求。

3.传输类型分4种，包括控制(仅控制传输是有格式的)，中断，批量和同步。 数据在 USB 总线上的传输以包为单位，包只能在帧内传输。高速 USB 总线的帧周期为125uS，全速以及低速 USB 总线的帧周期为 1mS。帧的起始由一个特定的包（ SOF 包）表示，帧尾为 EOF。 EOF 不是一个包，而是一种电平状态， EOF 期间不允许有数据传输不同的传输类型主机安排传输任务、可占用 USB 带宽的限制以及最大包长度有一定的差异。

3.1 控制传输分3个阶段（Setup阶段定义了此次传输的请求类型，数据阶段，状态阶段） 控制传输对于最大包长度有固定的要求。对于高速设备该值为64字节，低速设备该值为8字节，全速设备可以是8或16或32或64。 控制传输中如果一个端点收到/发送了一个长度小于最大包长度的包，即意味着数据传输结束。

3.2 中断传输 中断传输是单项传输，若有数据传输或可以接收数据则返回数据或发送数据，否则返回 NAK，表示尚未准备好。 中断端点的轮询间隔由在端点描述符中定义。所谓单向传输，并不是说该传输只支持一个方向的传输，而是指在某个端点上该传输，仅支持一个方向，或输出，或输入，这是对应端点来说的方向，不是说的host对象，因为一个host的管道传输可以有多个端点组成。如果需要在两个方向上进行某种单向传输，需要占用两个端点，分别配置成不同的方向，可以拥有相同的端点编号。

3.3 批量传输 低速USB设备不支持批量传输，高速批量端点的最大包长度为 512，全速批量端点的最大包长度可以为8、16、32、64。关于传输方式的优先级由host来控制，此传输方式是优先级最低的。高速批量端点必须包括PING操作，用来汇报当前端点状态是否已准备好。

3.4 同步传输 同步传输最大1024字节，是一种实时的、不可靠的传输，不支持错误重发机制。因为它没有握手机制，但是它优先级最高，所以实时性好（但是这个的有什么应用场景，网上搜索了下是实时性较高的比如视频和音频数据传输，想想也有道理）

3.5 usb host和hub间有一种分离传输 主要用来解决不同速度的usb的传输问题，拆分包数据。这样就可以在中间插入其他高速传输，从而提高总线的利用率。

4.usb设备支持接收到主机请求包括3种，11种标准请求，类请求，厂商请求。

5.usb hub主要功能为重发，转发和HUB控制器。重发是上行和下行间的协议控制器开关，负责重生及转发。hub控制器主要是和host沟通，进行hub和下行port的管理。

6.USB HOST在USB体系中负责设备连接/移除的检测、 HOST 和设备之间控制流和数据流的管理、传输状态的收集、总线电源的供给。

7.端点可以理解为buffer，buffer通过管道来传输数据，usb通常需要多个管道来完成数据交换，因为同一管道只支持一种类型的数据传输。用在一起来对设备进行控制的若干管道称为设备的接口，这就是端点、管道和接口的关系。

8.一个usb设备可以有多个端点，端点和管道相连，也就是和管道有一样的属性。

9.事务传输的流程 包是 USB 总线是数据传输的最小单位，不能被打断或干扰，否则会引发错误。若干个数据包组成一次事务传输，一次事务传输也不能打断，属于一次事务传输的几个包必须连续，不能跨帧完成。一次传输由一次到多次事务传输构成，可以跨帧完成。 9.1 批量传输事务流程 USB 允许连续 3 次以下的传输错误，会重试该传输，若成功则将错误次数计数器清零，否则累加该计数器。超过三次后，HOST认为该端点功能错误（STALL），放弃该端点的传输任务。对于批量传输，传输过程中数据包的PID按照DATA0-DATA1-DATA0交替的方式翻转，若不翻转，会视作重传。

9.2 控制传输事务流程 最后是状态阶段，通过一次方向与前一次相反的控制事务传输来表明传输的成功与否。也就是之前都是IN，最后变成out就是状态阶段如果成功会返回一个长度为0的数据包，否则返回NAK或STALL。

9.3 中断传输事务流程 也是用PID翻转来得知重传。

9.4 同步传输事务流程 没有ACK的阶段。

三，抓包

四，小结

这么看下，主要内容又想起来了，抓包内容也能看懂了，但是后面还有Hub相关我就先忽略了。