USB协议解析与设备枚举流程

"USB概要设计" USB协议是通用串行总线（Universal Serial Bus）的规范，用于连接计算机系统和其他设备，实现数据传输。USB协议的深入理解对于硬件开发人员和软件工程师来说至关重要，尤其是对初学者而言，它是进入这个领域的基础。 一、USB的描述符及其关系 USB设备通过描述符向主机报告其特性。描述符是设备配置、接口、端点等信息的载体，它们之间有着明确的层次结构： 1. 设备描述符：这是设备的基础信息，包括USB版本、最大包大小、制造商和产品ID（用于驱动匹配）、设备版本、字符串索引以及配置选项等。 2. 配置描述符：描述设备的可用配置，包括接口数量、配置号、电源需求、远程唤醒支持等。 3. 接口描述符：定义接口的编号、端点数量、接口类、子类和协议，这些信息用于确定如何与接口通信。 4. 端点描述符：详述端点的编号、方向、传输类型（控制、批量、中断或同步）、最大包大小和间隔时间。 5. 字符串描述符：提供人类可读的信息，如制造商、产品和序列号，但并非必需。 二、设备的枚举过程 枚举是USB设备连接到主机后，主机识别和配置设备的过程。它包括以下步骤： 1. 控制传输：主机通过控制传输与设备进行通信，获取设备描述符，了解设备的基本信息。 2. 获取配置描述符和接口描述符，以便选择合适的配置和接口。 3. 如果存在字符串描述符，主机也会获取，以便显示设备的详细信息。 4. 对于特定类设备（如HID设备），还需要获取报告描述符，定义设备的输入输出格式。 三、USB的包结构及传输过程 USB通信基于事务，由令牌包、数据包和握手包构成： 1. 令牌包：指示接下来的传输类型，如OUT、IN、SETUP和SOF（帧起始）。 2. 数据包：承载实际传输的数据，可以是设备发送到主机或反之。 3. 握手包：确认数据包的成功接收或请求重传，包括ACK（确认）、NAK（否定）和STALL（停止）。 每个包都以同步域开始，接着是包标识符PID，最后以包结束符EOP（全速/低速设备中是D+和D-同时为低电平的SE0信号）结束。位填充机制确保数据链路的稳定。 USB协议通过复杂的描述符体系和严谨的传输机制，实现了设备的灵活配置和高效数据交换。掌握这些基础知识对于理解和应用USB技术至关重要。