USB传输机制详解：从软件结构到事务处理

"USB传输机制及USB Host的软件结构" USB传输机制和USB Host的软件结构是理解USB系统工作原理的关键部分。USB (Universal Serial Bus) 是一种通用接口，允许不同设备如键盘、鼠标、打印机、摄像头等与计算机进行通信。在USB系统中，有三个主要的软件层次：设备驱动软件(USBDD)、USB驱动(USBD)和主机控制器驱动(HCD)。 1. 设备驱动软件(USBDD) USBDD是针对特定设备或设备类的驱动程序，它直接与USB设备交互，负责读写控制。这个层使得操作系统能够理解和操作连接的设备。 2. USB驱动(USBD) USBD作为中间层，提供了一个抽象层，将上层软件与USB设备隔离开来。它处理设备枚举、配置、同步传输、异步传输、电源管理以及设备和总线管理。USBD还负责将非USB格式的I/O请求包(IRP)转换为符合USB协议的格式。 3. 主机控制器驱动(HCD) HCD是USB软件栈的最低层，隐藏了硬件细节，它处理来自USBD的IRP，并将其转化为物理总线上的传输。HCD负责设备控制器的抽象、数据传输抽象以及资源分配。 2. USB的传输机制包括以下部分： - 客户启动传输：涉及端点(Endpoint)、管道(Pipe)、请求(IRP)、事务(Transaction)、包(Packet)和帧(Frame)。端点是设备通信的逻辑终点，管道定义了数据传输的路径，IRP代表I/O请求，事务是数据在USB总线上传输的基本单元。 - 传输类型：控制传输用于设置设备状态、获取设备信息，块传输用于大量数据的快速传输，中断传输用于低延迟的实时数据，同步传输则用于保证数据传输的精确时间同步。 - 总线带宽分配：USB总线的带宽是有限的，需要合理分配给不同的传输以确保效率。 - 控制传输包括一个标准的请求流程，包括 SETUP、DATA 和 STATUS 阶段，读写过程通常涉及数据的发送和接收。 - 块传输涉及批量数据的读写操作，通常用于硬盘等大容量存储设备。 - 数据触发同步与重试：USB使用DATA0和DATA1状态来同步数据传输，并通过ACK信号确认数据接收成功，如果数据接收错误或ACK丢失，传输会进行重试。 3. USB事务处理是USB通信的核心，包括事务处理格式、四种类型的包（令牌包、数据包、握手包和帧开始包）以及事务处理过程。这些包按照特定的格式和顺序组成，确保数据的正确传输。 USB传输机制涉及到多个层次的软件协同工作，以及一系列复杂的传输类型和同步策略，这些都是USB系统高效、可靠运行的基础。理解这些概念对于开发和调试USB设备驱动程序或进行系统级优化至关重要。