USB接口介紹PPT課件(PPT 53頁)

1、USB接口介紹主講人：王雷地點：實驗室2016.11.08 第1頁，共53頁。 USB定義 USB發(fā)展 USB分類 USB設(shè)計 接口回路 USB Power設(shè)計 LAYOUT USB2.0 協(xié)議概述 主機(jī)設(shè)備物理特性通信協(xié)議 目錄2013/12/032.第2頁，共53頁。定義USB，是英文UniversalSerialBus（通用串行總線）的縮寫，而其中文簡稱為“通串線”，是一個外部總線標(biāo)準(zhǔn)，用于規(guī)范電腦與外部設(shè)備的連接和通訊。是應(yīng)用在PC領(lǐng)域的接口技術(shù)。USB接口支持設(shè)備的即插即用和熱插拔功能。USB是在1994年底由英特爾、康柏、IBM、Microsoft等多家公司聯(lián)合提出的。 3.第3頁

2、，共53頁。發(fā)展USB版本理論最大傳輸速率速率稱號最大輸出電流推出時間USB1.01.5Mbps(192KB/s)低速(Low-Speed)5V/500mA1996年1月USB1.112Mbps(1.5MB/s)全速(Full-Speed)5V/500mA1998年9月USB2.0480Mbps(60MB/s)高速(High-Speed)5V/500mA2000年4月USB3.05Gbps(500MB/s)超高速(Super-Speed)5V/900mA2008年11月 / 2013年12月USB 3.1Gen 210Gbps(1280MB/s)2超高速+(Super-speed+)20V/5

3、A2013年12月4.第4頁，共53頁。發(fā)展USB 3.0是一種USB規(guī)范，該規(guī)范由英特爾等公司發(fā)起。 USB 3.0 也被認(rèn)為是SuperSpeedUSB為那些與PC或音頻/高頻設(shè)備相連接的各種設(shè)備提供了一個標(biāo)準(zhǔn)接口。只是個硬件設(shè)備，計算機(jī)內(nèi)只有安裝USB3.0相關(guān)的硬件設(shè)備后才可以使用USB3.0相關(guān)的功能！從鍵盤到高吞吐量磁盤驅(qū)動器，各種器件都能夠采用這種低成本接口進(jìn)行平穩(wěn)運行的即插即用連接，用戶基本不用花太多心思在上面。新的USB 3.0在保持與USB 2.0的兼容性的同時，還提供了下面的幾項增強(qiáng)功能： 極大提高了帶寬高達(dá)5Gbps全雙工（USB2.0則為480Mbps半 雙工）。 實

4、現(xiàn)了更好的電源管理。 能夠使主機(jī)為器件提供更多的功率，從而實現(xiàn)USB充電電池、LED照明和迷你風(fēng)扇等應(yīng)用。 能夠使主機(jī)更快地識別器件。 新的協(xié)議使得數(shù)據(jù)處理的效率更高。2013/12/035.第5頁，共53頁。USB 3.1是最新的USB規(guī)范，該規(guī)范由英特爾等大公司發(fā)起。與現(xiàn)有的USB技術(shù)相比，新USB技術(shù)使用一個更高效的數(shù)據(jù)編碼系統(tǒng)，并提供一倍以上的有效數(shù)據(jù)吞吐率(USB IF協(xié)會)。它完全向下兼容現(xiàn)有的USB連接器與線纜。 USB 3.1作為下一代的USB傳輸規(guī)格，通常被稱為“SuperSpeed+” ，將在未來替代USB 3.0。USB 3.1(SuperSpeed+)將供電的最高允許標(biāo)

5、準(zhǔn)提高到了20V/5A，供電100W。提供更快的充電。USB 3.1支持高達(dá)10Gbps的傳輸速率，具有更快的傳輸速度。USB 3.1新增USB A/V影音傳輸，支持手機(jī)顯示輸出。USB 3.1是一個萬能的通用接口，是手機(jī)、平板等小型設(shè)備所需要的，能夠極大提升設(shè)備的連接性。而從目前來看，USB 3.1中的Type-C最有可能成為未來的連接標(biāo)準(zhǔn)，提供數(shù)據(jù)傳輸、外設(shè)連接、顯示輸出等一體化的連接方案。發(fā)展2013/12/036.第6頁，共53頁。1.USB 2.0 60MB/S= 480Mbps/8 bit2.對于USB3.0 速度并不是除以8，由于USB3.0傳輸是10bit模式故為 5Gbps/

6、10bit=500MB/S3.為了區(qū)別USB2.0與USB3.0接口，一般將USB3.0顏色設(shè)置為藍(lán)色。補(bǔ)充說明2013/12/037.第7頁，共53頁。分類Type-A：標(biāo)準(zhǔn)的Type-A是電腦、電子配件中最廣泛的介面標(biāo)準(zhǔn)，鼠標(biāo)、U盤、數(shù)據(jù)線上大的一方都是此接口，體積也最大。Type-B：一般用于打印機(jī)、顯示器USBHUB等諸多外部USB設(shè)備Type-C：它擁有比Type-A及Type-B均小得多的體積，其大小甚至能與Mini-USB及Micro-USB相媲美，是最新的USB接口外形標(biāo)準(zhǔn)。另外，Type-C是一種既可以應(yīng)用在PC（主設(shè)備）又可以應(yīng)用在外部設(shè)備（從設(shè)備）的接口類型，這是劃時代的

7、。8.第8頁，共53頁。分類伴隨USB2.0傳輸協(xié)議誕生也衍生了Mini-USB及Micro-USB接口。它們也都分別分為Type-A和Type-B。到了USB3.0時代，由于傳輸速度的提升帶來了針腳位的提升，因此僅有Type-AUSB3.0接口保持與以往形狀一樣，Type-B和Micro-USB都改變了外形（體積增大）。9.第9頁，共53頁。分類此外，對于USB接口又分為公口和母口。公口一般是外設(shè)的端口，母口一般是主機(jī)上接口。例如電腦自帶的就是USB母口。（具體見下一頁圖示）10.第10頁，共53頁。分類2013/12/0311.第11頁，共53頁。設(shè)計接口回路我們公司筆記本一般使用的是Ty

8、pe-A和Type-C 類型母口。對于Type-A 類型接口，目前公司配備USB 3.0接口?；芈啡缦拢?2.第12頁，共53頁。Type-A接口在硬件回路上由一組USB2.0差分信號信號USB_PN2, USB_PP2以及兩組USB 3.0差分信號USB32_RX_N, USB32_RX_P, USB32_TX_N, USB32_TX_P組成。在功能上該接口向下兼容USB2.0功能。一般USB的POWER接 5VS或5VAUSB差分線接BEAD或者共模電感一般為EMI需要。末端接TVS是安規(guī)要求。設(shè)計2013/12/0313.第13頁，共53頁。對于Type-C接口回路如下：設(shè)計14.第14

9、頁，共53頁。在NFSV15XX系列機(jī)種上，Type-C 3.0和Type-C 3.1共用同一接口。由于現(xiàn)有平臺PCH沒有USB3.1接口，故在使用USB3.1通信時需要外加一個轉(zhuǎn)換芯片ASM1142。在NFSV15XX上Type-C3.1包含USB3.1輸出傳輸?shù)墓δ埽遣恢С?V/20A供電輸出。同Type-A接口一樣，差分信號線接BEAD或者共模電感一般為EMI需要。末端接TVS是安規(guī)要求。設(shè)計ASM11422013/12/0315.第15頁，共53頁。USB POWER設(shè)計設(shè)計2013/12/0316.第16頁，共53頁。在電腦插入adapter或者battery時候，+3.3VA_

10、PCH提供Enable信號，5VA（5VS）電源正常供電。在末端加保險絲，進(jìn)行過流保護(hù)。設(shè)計2013/12/0317.第17頁，共53頁。USB2.0 LAYOUT2013/12/0318.第18頁，共53頁。LAYOUTUSB2.0 2013/12/0319.第19頁，共53頁。USB3.0 LAYOUTLAYOUT2013/12/0320.第20頁，共53頁。注意事項布線時信號線不能走在時鐘、振蕩器、IC以及電磁元件下面；布線時候相似的信號要布在一起；不同層的線距線寬可能會有所不同，一般Design Guide會有說明； LAYOUT2013/12/0321.第21頁，共53頁。USB2.

11、0協(xié)議概述USB網(wǎng)絡(luò)采用階梯式星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖示。一個USB網(wǎng)絡(luò)中只能有一個主機(jī)。主機(jī)內(nèi)設(shè)置了一個根集線器，提供了主機(jī)上的初始附屬點。集線器（復(fù)合設(shè)備）游戲桿USB設(shè)備(根階梯)階梯0掃描儀鼠標(biāo)集線器USB設(shè)備階梯1階梯2PC主機(jī)（根集線器）2013/12/0322.第22頁，共53頁。USB2.0協(xié)議主機(jī)定時對集線器的狀態(tài)進(jìn)行查詢。當(dāng)一個新設(shè)備接入集線器時，主機(jī)會檢測到集線器狀態(tài)改變，主機(jī)發(fā)出一個命令使該端口有效并對其進(jìn)行設(shè)置。位于這個端口上的設(shè)備進(jìn)行響應(yīng)，主機(jī)收到關(guān)于設(shè)備的信息，主機(jī)的操作系統(tǒng)確定對這個設(shè)備使用那種驅(qū)動程序，接著設(shè)備被分配一個唯一標(biāo)識的地址，范圍從0127，其中0為所有的

12、設(shè)備在沒有分配惟一地址時使用的默認(rèn)地址。主機(jī)向它發(fā)出內(nèi)部設(shè)置請求。當(dāng)一個設(shè)備從總線上移走時，主機(jī)就從其可用資源列表中將這個設(shè)備刪除。總的來說USB網(wǎng)絡(luò)由主機(jī)和設(shè)備組成。2013/12/0323.第23頁，共53頁。USB2.0協(xié)議概括USB網(wǎng)絡(luò)主機(jī)設(shè)備客戶軟件USB總線接口USB系統(tǒng)軟件設(shè)備端點配置接口字符串管道2013/12/0324.第24頁，共53頁。USB2.0協(xié)議USB主機(jī)USB的所有數(shù)據(jù)通信（不論是上行通信還是下行通信）都由USB主機(jī)啟動，所以USB主機(jī)在整個數(shù)據(jù)傳輸過程中占據(jù)著主導(dǎo)地位。在USB系統(tǒng)中只允許有一個主機(jī)。從開發(fā)人員的角度看，USB主機(jī)可分為三個不同的功能模塊：客戶軟

13、件、USB系統(tǒng)軟件和USB總線接口。 客戶軟件客戶軟件負(fù)責(zé)和USB設(shè)備的功能單元進(jìn)行通信，以實現(xiàn)其特定功能。一般由開發(fā)人員自行開發(fā)?？蛻糗浖荒苤苯釉L問USB設(shè)備，其與USB設(shè)備功能單元的通信必須經(jīng)過USB系統(tǒng)軟件和USB總線接口模塊才能實現(xiàn)?？蛻糗浖话惆║SB設(shè)備驅(qū)動程序和界面應(yīng)用程序兩部分。2013/12/0325.第25頁，共53頁。USB2.0協(xié)議USB系統(tǒng)軟件 USB系統(tǒng)軟件負(fù)責(zé)和USB邏輯設(shè)備進(jìn)行配置通信，并管理客戶軟件啟動的數(shù)據(jù)傳輸。USB邏輯設(shè)備是程序員與USB設(shè)備打交道的部分。USB系統(tǒng)軟件一般包括USB總線驅(qū)動程序和USB主控制器驅(qū)動程序這兩部分。這些軟件通常由操作系統(tǒng)

14、提供，開發(fā)人員不必掌握。USB總線接口 USB總線接口包括主控制器和根集線器兩部分。根集線器為USB系統(tǒng)提供連接起點，用于給USB系統(tǒng)提供一個或多個連接點（端口）。主控制器負(fù)責(zé)完成主機(jī)和USB設(shè)備之間數(shù)據(jù)的實際傳輸，包括對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行串行編解碼、差錯控制等。該部分與USB系統(tǒng)軟件的接口依賴于主控制器的硬件實現(xiàn)，開發(fā)人員不必掌握。 2013/12/0326.第26頁，共53頁。USB2.0協(xié)議USB設(shè)備一個USB設(shè)備由三個功能模塊組成：USB總線接口、USB邏輯設(shè)備和功能單元。這里的USB總線接口指的是USB設(shè)備中的串行接口引擎（SIE）；USB邏輯設(shè)備被USB系統(tǒng)軟件看作是一個端點的集合；功

15、能單元被客戶軟件看作是一個接口的集合。SIE、端點和接口都是USB設(shè)備的組成單元。為了更好地描述USB設(shè)備的特征，USB提出了設(shè)備架構(gòu)的概念。從這個角度來看，可以認(rèn)為USB設(shè)備是由一些配置、接口和端點組成的，即一個USB設(shè)備可以含有一個或多個配置，在每個配置中可含有一個或多個接口，在每個接口中可含有若干個端點。其中，配置和接口是對USB設(shè)備功能的抽象，實際的數(shù)據(jù)傳輸由端點來完成。在使用USB設(shè)備前，必須指明其采用的配置和接口。這個步驟一般是在設(shè)備接入主機(jī)時設(shè)備進(jìn)行自舉時完成的，我們在后面會進(jìn)一步介紹。USB設(shè)備使用各種描述符來說明其設(shè)備架構(gòu)，包括設(shè)備描述符、配置描述符、接口描述符、端點描述符以

16、及字符串描述符，它們通常被保存在USB設(shè)備的固件程序中。 2013/12/0327.第27頁，共53頁。USB2.0協(xié)議設(shè)備 設(shè)備代表一個USB設(shè)備，它由一個或多個配置組成。設(shè)備描述符用于說明設(shè)備的總體信息，并指明其所含的配置的個數(shù)。一個USB設(shè)備只能有一個設(shè)備描述符。配置 一個USB設(shè)備可以包含一個或多個配置，如USB設(shè)備的低功耗模式和高功耗模式可分別對應(yīng)一個配置。在使用USB設(shè)備前，必須為其選擇一個合適的配置。配置描述符用于說明USB設(shè)備中各個配置的特性，如配置所含接口的個數(shù)等。USB設(shè)備的每一個配置都必須有一個配置描述符。接口 一個配置可以包含一個或多個接口，如對一個光驅(qū)來說，當(dāng)用于文件

17、傳輸時使用其大容量存儲接口；而當(dāng)用于播放CD時，使用其音頻接口。接口是端點的集合，可以包含一個或多個可替換設(shè)置，用戶能夠在USB處于配置狀態(tài)時，改變當(dāng)前接口所含的個數(shù)和特性。接口描述符用于說明USB設(shè)備中各個接口的特性，如接口所屬的設(shè)備類及其子類等。USB設(shè)備的每個接口都必須有一個接口描述符。2013/12/0328.第28頁，共53頁。USB2.0協(xié)議端點 端點是USB設(shè)備中的實際物理單元，USB數(shù)據(jù)傳輸就是在主機(jī)和USB設(shè)備各個端點之間進(jìn)行的。端點一般由USB接口芯片提供，例如Freescale的MC68HC908JB8。USB設(shè)備中的每一個端點都有唯一的端點號，每個端點所支持的數(shù)據(jù)傳輸方

18、向一般而言也是確定的：或是輸入（IN）或是輸出（OUT），也有些芯片提供的端點的數(shù)據(jù)方向是可以配置的，例如MC68HC908JB8包含有兩個用于數(shù)據(jù)收發(fā)的端點：端點1和端點2。其中端點1只能用于數(shù)據(jù)發(fā)送，即支持輸入（IN），端點2既能用于數(shù)據(jù)發(fā)送也可用于數(shù)據(jù)接收，即支持輸入（IN）和輸出（OUT）操作。需要注意的是，在這里數(shù)據(jù)的傳輸方向是站在主機(jī)的立場上來看得。比如端點1只能發(fā)送數(shù)據(jù)，在主機(jī)看來是端點1向主機(jī)輸入數(shù)據(jù)，即IN操作；當(dāng)端點2配置為接收數(shù)據(jù)時，主機(jī)向端點2輸出數(shù)據(jù)，即OUT操作。這一點是初學(xué)者比較容易產(chǎn)生混淆的地方。 利用設(shè)備地址、端點號和傳輸方向就可以指定一個端點，并和它進(jìn)行通信

19、。 0號端點比較特殊，它有數(shù)據(jù)輸入IN和數(shù)據(jù)輸出OUT兩個物理單元，且只能支持控制傳輸。 2013/12/0329.第29頁，共53頁。USB2.0協(xié)議字符串 在USB設(shè)備中通常還含有字符串描述符，以說明一些專用信息，如制造商的名稱、設(shè)備的序列號等。它的內(nèi)容以UNICODE的形式給出，且可以被客戶軟件所讀取。對USB設(shè)備來說，字符串描述符是可選的。管道 在USB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，可以認(rèn)為數(shù)據(jù)傳輸是在主機(jī)軟件（USB系統(tǒng)軟件或客戶軟件）和USB設(shè)備的各個端點之間直接進(jìn)行的，它們之間的連接稱為管道。管道是在USB設(shè)備的配置過程中建立的。管道是對主機(jī)和USB設(shè)備間通信流的抽象，它表示主機(jī)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和US

20、B設(shè)備的端點之間存在著邏輯數(shù)據(jù)傳輸，而實際的數(shù)據(jù)傳輸是由USB總線接口層來完成的。 管道和USB設(shè)備中的端點一一對應(yīng)。一個USB設(shè)備含有多少個端點，其和主機(jī)進(jìn)行通信時就可以使用多少條管道，且端點的類型決定了管道中數(shù)據(jù)的傳輸類型，如中斷端點對應(yīng)中斷管道，且該管道只能進(jìn)行中斷傳輸。傳輸類型在后面會介紹。不論存在著多少條管道，在各個管道中進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸都是相互獨立的。2013/12/0330.第30頁，共53頁。USB2.0協(xié)議物理特性USB接口 USB使用一根屏蔽的4線電纜與網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)。數(shù)據(jù)傳輸通過一個差分雙絞線進(jìn)行，這兩根線分別標(biāo)為D+和D-，另外兩根線是Vcc和Ground，其中Vc

21、c向USB設(shè)備供電。使用USB電源的設(shè)備稱為總線供電設(shè)備，而使用自己外部電源的設(shè)備叫做自供電設(shè)備。為了避免混淆，USB電纜中的線都用不同的顏色標(biāo)記，如下表所示。 2013/12/0331.第31頁，共53頁。USB2.0協(xié)議物理特性USB信號 USB2.0 使用差分信號。其特點如下：傳統(tǒng)的傳輸方式大多使用“正信號”或者“負(fù)信號”二進(jìn)制表達(dá)機(jī)制，這些信號利用單線傳輸。用不同的信號電平范圍來分別表示1和0，它們之間有一個臨界值，如果在數(shù)據(jù)傳輸過程中受到中低強(qiáng)度的干擾，高低電平不會突破臨界值，那么信號傳輸可以正常進(jìn)行。但如果遇到強(qiáng)干擾，高低電平突破臨界值，由此造成數(shù)據(jù)傳輸出錯。差分信號技術(shù)最大的特點

22、是：必須使用兩條線路才能表達(dá)一個比特位，用兩條線路傳輸信號的壓差作為判斷1還是0的依據(jù)。這種做法的優(yōu)點是具有極強(qiáng)的抗干擾性。倘若遭受外界強(qiáng)烈干擾，兩條線路對應(yīng)的電平同樣會出現(xiàn)大幅度提升或降低的情況，但二者的電平改變方向和幅度幾乎相同，電壓差值就可始終保持相對穩(wěn)定，因此數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性并不會因干擾噪聲而有所降低。 2013/12/0332.第32頁，共53頁。USB2.0協(xié)議物理特性USB通信格式USB的數(shù)據(jù)包使用反向不歸零編碼（NRZI）。上圖描述了在USB電纜段上傳輸信息的步驟。反向不歸零編碼由傳送信息的USB代理程序完成；然后，被編碼的數(shù)據(jù)通過差分驅(qū)動器送到USB電纜上；接著，接收器將輸入的差

23、分信號進(jìn)行放大，將其送給解碼器。使用該編碼和差動信號傳輸方式可以更好地保證數(shù)據(jù)的完整性并減少噪聲干擾。 在USB電纜上使用雙向不歸零編碼和差動信號的傳輸 NRZI編碼器電纜段差分驅(qū)動器NRZI解碼器差分驅(qū)動器D+ D-2013/12/0333.第33頁，共53頁。USB2.0協(xié)議物理特性使用反向不歸零編碼方式可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?，而且不要求傳輸過程中有獨立的時鐘信號。反向不歸零編碼不是一個新的編碼方式。它在許多方面都有應(yīng)用。上圖給出了一個數(shù)據(jù)流和編碼之后的結(jié)果。在反向不歸零編碼時，遇到“0”轉(zhuǎn)換，遇到“1”保持。反向不歸零碼必須保持與輸入數(shù)據(jù)的同步性，以確保數(shù)據(jù)采樣正確。反向不歸零碼數(shù)據(jù)流

24、必須在一個數(shù)據(jù)窗口被采樣，無論前一個位時間是否發(fā)生過轉(zhuǎn)換。解碼器在每個位時間采樣數(shù)據(jù)以檢查是否有轉(zhuǎn)換。 反向不歸零編碼 空閑數(shù)據(jù)反向不歸零碼011010001110102013/12/0334.第34頁，共53頁。USB2.0協(xié)議物理特性若重復(fù)相同的“1”信號一直進(jìn)入時，就會造成數(shù)據(jù)長時間無法轉(zhuǎn)換，逐漸的積累，而導(dǎo)致接收器最終丟失同步信號的狀況，使得讀取的時序會發(fā)生嚴(yán)重的錯誤。因此，在NRZI編碼之間，還需執(zhí)行所謂的位填充的工作。位填充要求數(shù)據(jù)流中如果有連續(xù)的六個“1”就要強(qiáng)行轉(zhuǎn)換。這樣接收器在反向不歸零碼數(shù)據(jù)流中最多每七個位就檢測到一次跳轉(zhuǎn)。這樣就保證了接收器與輸入數(shù)據(jù)流保持同步。反向不歸零

25、碼的發(fā)送器要把“0”（填充位）插到數(shù)據(jù)流中。接收器必須被設(shè)計成能夠在連續(xù)的六個“1”之后識別一個自動跳轉(zhuǎn)，并且立即扔掉這六個“1”之后的“0”位。 在USB電纜上使用雙向不歸零編碼和差動信號的傳輸00011111111011數(shù)據(jù)空閑雙向不歸零碼填充后數(shù)據(jù)填充位2013/12/0335.第35頁，共53頁。USB2.0協(xié)議物理特性檢測設(shè)備連接和速度在USB設(shè)備連接時，USB系統(tǒng)能自動檢測到這個連接，并識別出其采用的數(shù)據(jù)傳輸速率。USB采用在D+或D-線上增加上拉電阻的方法來識別低速和全速設(shè)備。USB支持三種類型的傳輸速率：1.5Mb/s的低速傳輸、12Mb/s的全速傳輸和480Mb/s的高速傳輸

26、。如圖后面圖所示。當(dāng)主控制器或集線器的下行端口上沒有USB設(shè)備連接時，其D+和D-線上的下拉電阻使得這兩條數(shù)據(jù)線的電壓都是近地的（0V）；當(dāng)全速/低速設(shè)備連接以后，電流流過由集線器的下拉電阻和設(shè)備在D+/D-的上拉電阻構(gòu)成的分壓器。由于下拉電阻的阻值是15K，上拉電阻的阻值是1.5K，所以在D+/D-線上會出現(xiàn)大小為（Vcc*15/（15+1.5）的直流高電平電壓。當(dāng)USB主機(jī)探測到D+/D-線的電壓已經(jīng)接近高電平，而其它的線保持接地時，它就知道全速/低速設(shè)備已經(jīng)連接了。2013/12/0336.第36頁，共53頁。USB2.0協(xié)議物理特性檢測設(shè)備連接和速度 USB主機(jī)USB低速設(shè)備USB數(shù)據(jù)

27、線+5VD+D-15千歐1.5千歐VccD+D-地15千歐USB主機(jī)USB全速設(shè)備USB數(shù)據(jù)線+5VD+D-15千歐1.5千歐VccD+D-地15千歐2013/12/0337.第37頁，共53頁。USB2.0協(xié)議USB通信協(xié)議包包（Packet）是USB系統(tǒng)中信息傳輸?shù)幕締卧?，所有?shù)據(jù)都是經(jīng)過打包后在總線上傳輸?shù)?。USB包由五部分組成，即同步字段（SYNC）、包標(biāo)識符字段（PID）、數(shù)據(jù)字段、循環(huán)冗余校驗字段（CRC）和包結(jié)尾字段（EOP），包的基本格式如下圖：1.SYNC字段:由8位組成，作為每個數(shù)據(jù)封包的前導(dǎo)，用來產(chǎn)生同步作用，使USB設(shè)備與總線的包傳輸率同步，它的數(shù)值固定為000000

28、01。2.PID字段:用來表示數(shù)據(jù)封包的類型。包標(biāo)識符中的校驗字段是通過對類型字段的每個位求反碼產(chǎn)生的， PID字段如下圖所示： 2013/12/0338.第38頁，共53頁。USB2.0協(xié)議USB通信協(xié)議包PID字段包的類型2013/12/0339.第39頁，共53頁。USB2.0協(xié)議USB通信協(xié)議 包 3. 數(shù)據(jù)字段:是用來攜帶主機(jī)與設(shè)備之間要傳遞的信息，其內(nèi)容和長度根據(jù)包標(biāo)識符、傳輸類型的不同而各不相同。在USB包中，數(shù)據(jù)字段可以包含設(shè)備地址、端點號、幀序列號以及數(shù)據(jù)等內(nèi)容。在總線傳輸中，總是首先傳輸字節(jié)的最低位，最后傳輸字節(jié)的最高位。 (1) 設(shè)備地址（ADDR）數(shù)據(jù)域ADDR數(shù)據(jù)域由

29、7位組成，可用來尋址多達(dá)127個外圍設(shè)備。(2) 端點（ENDP）數(shù)據(jù)域ENDP數(shù)據(jù)域由4位組成。通過這4個位最多可尋址出32個端點。這個ENDP數(shù)據(jù)域僅用在IN、OUT與SETUP令牌信息包中。對于慢速設(shè)備可支持端點0以及端點1作為中斷傳輸模式，而全速設(shè)備則可以擁有16個輸入端點（IN）與16個輸出端點（OUT）共32個端點。(3) 幀序列號當(dāng)USB令牌包的PID為SOF時，其數(shù)據(jù)字段必須為11位的幀序列號。幀序列號由主機(jī)產(chǎn)生，且每個數(shù)據(jù)幀自動加一，最大數(shù)值為0 x7FF。當(dāng)幀序列號達(dá)到最大數(shù)時將自動從0開始循環(huán)。(4) 數(shù)據(jù)它僅存于DATA信息包內(nèi)，根據(jù)不同的傳輸類型，擁有不同的字節(jié)大小，

30、從0到1023字節(jié)（實時傳輸）。2013/12/0340.第40頁，共53頁。USB2.0協(xié)議USB通信協(xié)議 包 4.循環(huán)冗余碼CRC字段由不同數(shù)目的位所組成。根據(jù)不同的信息包類型，CRC數(shù)據(jù)域由不同數(shù)目的位所組成。其中重要的數(shù)據(jù)信息包采用CRC16的數(shù)據(jù)域（16個位），而其余的信息包類型則采用CRC5的數(shù)據(jù)域（5個位）。其中的循環(huán)冗余碼校驗CRC，是一種錯誤檢測技術(shù)。由于數(shù)據(jù)在傳輸時，有時候會發(fā)生錯誤，因此CRC可根據(jù)數(shù)據(jù)算出一個校驗值，然后依此判斷數(shù)據(jù)的正確性 。 5.包結(jié)尾字段即發(fā)送方在包的結(jié)尾發(fā)出包結(jié)尾信號。USB主機(jī)根據(jù)EOP判斷數(shù)據(jù)包的結(jié)束。2013/12/0341.第41頁，共5

31、3頁。USB2.0協(xié)議USB通信協(xié)議信息包格式1令牌（token）包在USB系統(tǒng)中，只有主機(jī)才能發(fā)出令牌包。令牌包定義了數(shù)據(jù)傳輸?shù)念愋?，它是事?wù)處理的第一階段。令牌包中較為重要的是SETUP、IN和OUT這三個令牌包。它們用來在根集線器和設(shè)備端點之間建立數(shù)據(jù)傳輸。一個IN包用來建立一個從設(shè)備到根集線器的數(shù)據(jù)傳送，一個OUT包用來建立從根集線器到設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。令牌包格式如下：2數(shù)據(jù)（data）包數(shù)據(jù)封包含有4個域：SYNC、PID、DATA與CRC16。DATA數(shù)據(jù)域的位值是根據(jù)USB設(shè)備的傳輸速度及傳輸類型而定，且須以8字節(jié)為基本單位。也就是，若傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不足8字節(jié)，或傳輸?shù)阶詈笏Ｓ嗟囊膊?/p>

32、足8字節(jié)，仍須傳輸8字節(jié)的數(shù)據(jù)域。格式如下：2013/12/0342.第42頁，共53頁。USB2.0協(xié)議USB通信協(xié)議信息包格式3. 握手（Handshake）包握手信息包是最簡單的信息包類型。在這個握手信息包中僅包含一個PID數(shù)據(jù)域而已，它的格式如下所列： 2013/12/0343.第43頁，共53頁。USB2.0協(xié)議USB通信協(xié)議事務(wù)定義：在USB上數(shù)據(jù)信息的一次接收或發(fā)送的處理過程類型：事務(wù)處理的類型包括輸入(IN)事務(wù)處理、輸出(OUT)事務(wù)處理、 設(shè)置(SETUP)事務(wù)處理和幀開始、幀結(jié)尾等類型。處理流程：在輸出(OUT)事務(wù)處理和設(shè)置(SETUP)事務(wù)處理中，緊接著SETUP和O

33、UT包后的是DATA包，DATA0和DATA1包是交替地發(fā)送的，在DATA包后面，設(shè)備將回應(yīng)一個握手信號，如果設(shè)備可以接收數(shù)據(jù)，就回應(yīng)ACK包，如果設(shè)備忙，就回應(yīng)NAK包，如果設(shè)備出錯，則回應(yīng)STALL包；在IN事務(wù)中，IN包后面是設(shè)備發(fā)來的DATA包或NAK包或STALL包，若設(shè)備忙或出錯，就發(fā)NAK包或STALL包給主機(jī)，若設(shè)備數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好發(fā)送，則發(fā)DATA包，DATA0和DATA1包也是交替地發(fā)送的，緊接著DATA包后面是主機(jī)發(fā)給設(shè)備的握手包，ACK表示主機(jī)可以接收數(shù)據(jù)，NAK包代表主機(jī)忙，STALL包代表主機(jī)出錯。具體詳見下圖： 2013/12/0344.第44頁，共53頁。USB2.0

34、協(xié)議USB通信協(xié)議事務(wù)1輸入（IN）事務(wù)處理輸入事務(wù)處理表示USB主機(jī)從總線上的某個USB設(shè)備接收一個數(shù)據(jù)包的過程。正常的輸入事務(wù)處理設(shè)備忙時的輸入事務(wù)處理 設(shè)備出錯時的輸入事務(wù)處理 2013/12/0345.第45頁，共53頁。USB2.0協(xié)議USB通信協(xié)議事務(wù)2輸出（OUT）事務(wù)處理正常的輸出事務(wù)處理設(shè)備忙時的輸出事務(wù)處理 設(shè)備出錯時的輸出事務(wù)處理 2013/12/0346.第46頁，共53頁。USB2.0協(xié)議USB通信協(xié)議事務(wù)3設(shè)置（SETUP）事務(wù)處理正常的設(shè)置事務(wù)處理設(shè)備忙時的設(shè)置事務(wù)處理 設(shè)備出錯時的設(shè)置事務(wù)處理 2013/12/0347.第47頁，共53頁。USB2.0協(xié)議USB

35、通信協(xié)議USB傳輸類型在USB的傳輸中，制定了4種傳輸類型：控制傳輸、中斷傳輸、批量傳輸以及等時傳輸?？刂苽鬏旑愋头譃?3個階段：設(shè)置階段、數(shù)據(jù)階段（無數(shù)據(jù)控制沒有此階段）以及狀態(tài)階段。根據(jù)數(shù)據(jù)階段的數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较?，控制傳輸又可分?種類型：控制讀?。ㄗx取USB描述符）、控制寫入（配置USB設(shè)備）以及無數(shù)據(jù)控制。 1控制傳輸控制傳輸是USB傳輸中最重要的傳輸。它包含3種類型：控制讀取、控制寫入以及無數(shù)據(jù)控制。這3種控制傳輸類型又分為23個階段：設(shè)置階段、數(shù)據(jù)階段（無數(shù)據(jù)控制沒有此階段）以及狀態(tài)階段。階段一：設(shè)置階段主機(jī)從USB設(shè)備獲取配置信息，并設(shè)置設(shè)備的配置值。設(shè)置階段的數(shù)據(jù)交換包含了SETUP令牌封包、緊隨其后的DATA0數(shù)據(jù)封包以及ACK握手封包。它的作用是執(zhí)行一個設(shè)置（概念含糊）的數(shù)據(jù)交換，并定義此控制傳輸?shù)膬?nèi)容。 2013/12/0348.第48頁，共53頁。USB