【接口协议】10.USB

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USB

USB2.0基础

简介

在USB系统中，有2个硬件概念：

• USB Host：它跟处理器相连，处理器通过USB Host跟各类USB设备通信。USB Host中集成有一个root hub
• USB Device：这分为两类设备
  • Hub：用来扩展USB接口
  • Function：就是普通的USB设备，比如U盘、声卡等

硬件连接

USB 2.0协议支持3种速率：低速(Low Speed，1.5Mbps)、全速(Full Speed, 12Mbps)、高速(High Speed, 480Mbps)。

USB连接涉及Hub Port和USB设备，硬件连接如下：

Hub端口的D+、D-都有15K的下拉电阻，平时为低电平。全速设备内部的D+有1.5K的上拉电阻，低速设备内部的D-有1.5K的上拉电阻，连接到Hub后会导致Hub的D+或D-电平变化，Hub根据变化的引脚分辨接进来的是全速设备还是低速设备。

高速设备一开始也是作为全速设备被识别的。

Hub端口如何监测一个新插入的USB设备能否工作于高速模式？流程如下：

• Hub端口发出SE0信号，这就是复位信号

• USB设备监测到SE0信号后，会发出"a high-speed detection handshake"信号表示自己能支持高速模式

  USB设备维持D+的上拉电阻，发出"Chirp K "信号，表示自己能支持高速模式

• 如果Hub没监测到"Chirp K "信号，它就知道这个设备不支持高速模式

• 如果Hub监测到"Chirp K "信号后，如果Hub能支持高速模式，就发出一系列的"Chirp K"、"Chirp J"信号，这是用来通知USB设备：Hub也能支持高速模式。发出一系列的"Chirp K"、"Chirp J"信号后，Hub继续维持SE0信号直到10ms。

• USB设备发出"Chirp K "信号后，就等待Hub回应一系列的"Chirp K"、"Chirp J"信号

  • 收到一系列的"Chirp K"、"Chirp J"信号：USB设备断开端口D+的上拉电阻，使能高速模式
  • 没有收到一系列的"Chirp K"、"Chirp J"信号：USB设备转入全速模式

时序

USB协议层数据格式

先发同步信号告诉设备采用的通信速率，再进行异步传输。一条线搞定传输，不过是差分线变成两条了。

• SOP：用来表示包的起始
• SYNC：用来同步时钟
• PID：表示包的类型
• 地址：在USB硬件体系中，一个Host对应多个Logical Device，那么Host发出的包，如何确定发给谁？
  • 发给所有设备：包里不含有设备地址
  • 发给某个设备：包里含有设备地址、端点号
• 帧号、数据等跟PID相关的内容
• CRC校验码

采用NRZI：Non Return Zero Inverted Code，反向不归零编码。NRZI的编码方位为：对于数据0，波形翻转；对于数据1，波形不变。

低速/全速的SOP和EOP

完整的数据传输，需要涉及多个包：令牌包、数据包、握手包。这个完