USB基础知识详解：端点、帧与传输

"USB方面的基本知识" USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）是一种广泛应用于计算机和其他电子设备之间的接口标准，它允许设备之间进行数据交换，并为设备供电。USB技术的发展经历了多个版本，从最初的USB 1.0到最新的USB 4，速度和功能都有显著提升。 1. **端点（Endpoint）**： - 端点是USB设备或主机上的数据缓冲区，用于存储和传输USB数据。每个端点都有唯一的地址，它们可以有不同的传输特性，如输入端点（用于接收数据）、输出端点（用于发送数据）、配置端点（用于设备配置）和批量传输端点（用于大量数据传输）。 2. **帧（Frame）**： - 在USB规范中，时间被划分为1毫秒的帧，每个帧都是独立的单元，包含一系列的总线操作。USB将1帧分成多个时间槽，每个时间槽对应一个USB传输动作。 3. **上行/下行**： - 数据传输方向定义为：从设备到主机称为上行，从主机到设备称为下行。 ### USB传输线结构 USB传输线由四条线构成：地线、电源线、D+和D-。D+和D-是差分输入线，工作在3.3V电压，不同于常见的5V CMOS电平。电源线和地线可以为设备提供5V电压，最大电流为500mA，可通过编程设置。 ### 数据传输 - 数据在USB线中从低位到高位发送。 - USB采用不归零取反（NRZI，Non-Return-to-Zero Inverted）编码方案，当数据为0时，信号取反；为1时，保持不变。每连续6个1后会自动插入一个0，以确保信号变化，减少误码率。 ### USB数据格式 - USB数据由二进制数字串组成，通过域、包、事务和传输四个层次组织。 - **域（Domain）**：最小的数据单位，包括同步域（SYNC）用于时钟同步，标识域（PID）表示包类型，地址域（ADDR）指设备地址等。 - **包（Packet）**：由一个或多个域构成，标识符（PID）区分包的类型。 - **事务（Transaction）**：IN事务（设备到主机）、OUT事务（主机到设备）和SETUP事务（用于配置设备），它们组成传输的一部分。 - **传输（Transfer）**：包括四种类型：中断传输（适用于低延迟需求如键盘鼠标）、并行传输（高速数据）、批量传输（大量数据，如打印机）和控制传输（设备配置和状态查询）。 USB协议还包括枚举过程，这是设备连接到主机后进行的自动识别和配置过程，设备会获得唯一的地址，然后由主机进行配置和管理。此外，USB支持热插拔和即插即用，使得设备的连接和断开非常方便。USB的这些基础知识是理解和使用USB设备的基础。