USB协议解析：主机与设备的交互

"USB2.0协议学习概览" USB（通用串行总线）是一种广泛应用的接口标准，用于连接各种设备，如键盘、鼠标、打印机、硬盘等。USB协议规定了数据如何在主机和设备之间高效流动。下面将详细讨论USB系统的主要组件、角色、数据流模型以及软硬件层次。 首先，USB系统由两大角色构成：主机（Host）和设备（Device）。主机负责发起所有指令，管理设备拓扑，而设备则响应主机的指令，并可能包含内部的设备描述符，用于标识其功能和特性。USB设备通过USB端口连接，每个设备都有一个唯一的设备地址。 Hub是USB系统中的特殊设备，它扩展了USB接口的数量。根Hub（Root Hub）通常集成在主机控制器中，为系统提供初始的USB连接点。根Hub可以有多个端口，允许连接多个设备。Hub分为高速Hub和全速Hub（或低速Hub），高速Hub支持USB2.0的高速模式，全速Hub支持USB1.1的全速模式，而低速Hub则针对低速设备如鼠标和键盘。 关于USB设备的连接规则： 1. 主机控制器与主机的关系是物理层面的集成，主机控制器是实现USB协议的核心硬件。 2. 根Hub是主机控制器的一部分，两者紧密结合。 3. 根据协议，低速设备可以直接连接到主机控制器，无需通过Hub。 4. 高速设备并不一定必须通过高速Hub与主机控制器相连，但使用高速Hub可以确保最佳性能。 5. USB1.0的Hub与USB2.0的Hub主要区别在于数据传输速度和兼容性，USB2.0 Hub支持更高的数据速率。 USB软件层级方面，从上至下包括客户软件、USB驱动、USB系统软件和USB控制器驱动。USB控制器驱动与USB控制器交互，处理底层的硬件操作。USB设备端点是硬件上的数据传输点，它们具有预设的缓冲区大小、方向（输入/输出）、传输类型等属性。接口是由一组具有相同功能的端点组成，而复合设备（Composite Device）包含多个独立控制的接口，但共享一个设备地址。 管道（Pipes）是USB数据传输的抽象概念，分为控制管道和其他类型的管道。控制管道用于设备配置和状态查询，其两端端点编号为零，上电即用。其他管道在配置后使用，支持不同的传输类型如同步、批量和中断。控制传输的数据大小受到限制，一般在setup包后，主机读取设备的8字节设备描述符，且数据阶段的结束标志是根据实际需求的数据量来确定。 控制传输的总线使用有限制，比如一帧内控制传输的最大数量。当出现错误时，可以通过复位或新的setup指令进行恢复和重传。在错误或停止状态下，设备无法接受新的setup指令，需要主机进行复位操作以重新开始通信。 USB协议是一个复杂而高效的标准，它规范了设备连接、数据传输、错误处理等方面，使得各种不同类型的设备能够在一个统一的框架下工作。理解USB2.0协议的各个方面对于开发、调试或维护USB设备至关重要。