我理解的USB接口通信的几个关键点
一、我理解的USB接口通信的几个关键点
1、硬件连接和数据传输的特点
（1）USB设备接口共有四根线：电源线VBUS，数据线D 、D-，地线GND。
采用的是差分数据传输。两根线有四种状态：低低、高高、低高、高低。低高、高低是正常数据传输时所用，低低是设备断开状态，高高好像是USB的复位状态。（这是我的理解，不一定正确吗，看过书以后再更正。）
（2）USB传输一般采用NRZI（非归零反相编码）编码方式：电平翻转表示0，电平维持表示1。
（3）在USB设备端，有一个SIE（串行接口引擎），对差分线上的BIT流进行解释。
2、USB设备检测的原理
在主机端，D 和D-两根线都被下拉电阻拉到了低电平。若是在设备端差分线上提供上拉的话，可以被主机检测到。比如在 D 线提供3.3V电源、1.5K左右电阻，则该设备被识别为“高速设备12Mbps”；如果在D-线提供上拉，则识别为低速设备（1.5Mbps）。
3、USB通信的主从原则
一般的USB主机和设备之间遵循主从通信的原理，每一次的数据传输都是又主机发起。
如果主机要输出数据，则先发一个握手包，通知设备。然后发送数据，设备接收到数据后，再发送一个确认包。
如果主机要输入数据，也是先发一个握手包，通知设备。设备然后将准备好的数据发送给主机。主机再给设备一个确认包。
4、USB数据通信的最小单位
USB数据传输的基本单位是一个包。以异步串行通信对比：它的一个传输单位是起始字节、N个数据位、奇偶校验位、停止位。USB传输也差不多，只是它称为包。
包的基本组成包括：同步域、包ID、数据、CRC校验、包结束符。跟异步串行通信本质上是相同的。
同步域用来告诉对方一个包的开始，并且利用NRZI编码规律的特点，可以同步通信双方的时钟
包结束是总线的特殊状态：低低状态，我前面提到过。但与我原来的想法有出入，是“低低”状态表示“包结束、复位”等特殊状态。
包ID用于指明该包的类型（主机令牌、数据、握手）。
对于包的理解有一个基本的理解就行了，因为包的处理是由SIE完成的。它会给用户提供一些包处理过后的标志，比如数据传输是否正常完成、主机发出了复位信号等等，用户能够理解这些标志就可以编程了。
5、USB数据包类型与USB的基本事务
USB接口的工作是由主机和设备通信来完成的，所以它所做的每一个基本工作都要由双方输出不同类型的数据包。USB的一个基本工作我们称为事务。
一个事务的基本组成最起码是三个包：由主机发令牌包，表明要干什么；紧跟着一个数据包（可能是主机输出、也可能是设备）；收到数据的那一方发送一个握手包（表明它有没有收到、数据对不对）。
令牌包、数据包和握手包的含义比较好理解，还有一类特殊包，现在就先不研究了。
6、USB的控制传输
USB有四类传输过程：其中批量传输、终端传输、等时传输比较类似，每个传输就是一个数据输出或数据输入事务。主要用于USB主机与设备的数据交换。
比较复杂一点的是控制传输。
控制传输可以分为三个阶段：建立阶段、数据阶段和状态阶段。
建立阶段是一个建立事务：主机发一个SETUP令牌包、一个数据包，然后设备必须通过ACK握手包回应。
数据阶段可以是多个基本数据事务。这个阶段的数据传递只能是一个方向，要么全是输入事务、要么全是输出事务。
状态阶段是主机对数据传输阶段的结果进行检测：如果主机读了数据，则会使用一个数据输出事务表明自己是否正确收到了设备的数据；如果主机输出了数据，它要求设备返回数据接收的情况。实质上是一个与数据阶段传输方向相反的一个数据包。
7、USB的地址和端点
USB主机是通过地址和端点具体与USB设备交换数据的。即每一个包都是针对具体的地址、端点。
USB设备挂在总线上，只要总线上有数据的传输，它都能检测到。但是只有令牌包中指定地址 与本设备地址相同时，SIE才会将该数据接收进来，并对包中指定的端点进行状态确认。
特别要注意的是：USB设备的地址是可以动态分配的。在复位后，它使用地址0。在用地址0与主机做协调后，可以分配到新的地址。然后就可以使用新地址与主机通信了。
端点实际上是一个数据缓冲区（我的理解）。它与USB传输类型对应，每种类型都有输入、输出端点。比如控制传输对应有控制端点两个，一个输入（主机想要获取设备的控制传输数据时，就从这里取，当然设备先要准备好），一个输出（主机在控制传输阶段传输给设备的数据，就会由SIE写入这个输出端点，然后USB固件程序就可以从该端点读取主机来的数据进行处理。
8、USB的描述符
我觉得它实质上就是一个具体设备所有属性、配置、能力等等所有信息的综合。这是一个将数据与数据处理过程分开来的典型例子。
设备描述符：主要指明设备的类型、所使用的协议、VID、PID、设备版本号等。一个特别重要的信息是：控制传输输入端点0支持的数据长度。
其它描述符性质差不多，我这里就不再一一叙述了。