【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的速度不相等，如果使用一次完整的事務(wù)來傳輸，勢(shì)必會(huì)造成比較長(zhǎng)的等待時(shí)間，從而 降低了高速 USB 總線的利用率。通過將一次傳輸分成兩此，將令牌（和數(shù)據(jù)）的傳輸與響應(yīng)數(shù)據(jù)（和 握手）的傳輸分開，這樣就可以在中間插入其他高速傳輸，從而提高總線的利用率。USB 物理規(guī)范和電氣規(guī)范 此節(jié)略去，請(qǐng)參考 規(guī)范英文版USB 協(xié)議層規(guī)范USB 采用 little edian 字節(jié)順序，在總線上先傳輸一個(gè)字節(jié)的最低有效位，最后傳輸最高 有效位，采用 NRZI 編碼，若遇到連續(xù)的 6 個(gè) 1 要求進(jìn)行為填充，即插入一個(gè) 0。所有的 USB 包都由 SYNC 開始，高速包的 SYNC 寬度為 32bit，全速/低速包的 SYNC段度為 8bit。實(shí)際接收到的 SYNC 產(chǎn)度由于 USB HUB 的關(guān)系，可能會(huì)小于該值。USB 數(shù)據(jù)包的格式PID 表征了數(shù)據(jù)包的類型，分為令牌（Token）、數(shù)據(jù)（Data）、握手（Handshacke）以 及特殊包 4 大類，共 16 種類型的 PID。具體定義見英文協(xié)議第 196 頁。對(duì)于令牌包來說，PID 之后是 7 位的地址和 4 位的端點(diǎn)號(hào)。令牌包沒有數(shù)據(jù)域，以 5 位 的 CRC 校驗(yàn)和結(jié)束。SOF 是一類特殊的令牌包，PID 后跟的是 11 位的幀編號(hào)。對(duì)于數(shù)據(jù)包來說，PID 之后直接跟數(shù)據(jù)域，數(shù)據(jù)域的長(zhǎng)度為 N 字節(jié)，數(shù)據(jù)域后以 16 位的 CRC 校驗(yàn)和結(jié)束。握手包僅有 PID 域，沒有數(shù)據(jù)也沒有校驗(yàn)和。 分離傳輸會(huì)用到一類特殊的包，StartSplit 和 CompleteSplit 包，格式如下：在 StartSplit 和 CompleteSplit 包中主要指定了此次分離傳輸所在的 HUB 的地址和下行 端口編號(hào)以及端點(diǎn)類型（控制、中斷、批量、同步）。以及此次傳輸中數(shù)據(jù)包在整個(gè)數(shù)據(jù)中 的位置（第一個(gè)包、中間的包、末尾的包）。握手包包括 ACK，NAK，STALL 以及 NYET 四種，其中 ACK 表示肯定的應(yīng)答，成功 的數(shù)據(jù)傳輸；NAK 表示否定的應(yīng)答，失敗的數(shù)據(jù)傳輸，要求重新傳輸；STALL 表示功能錯(cuò) 誤或端點(diǎn)被設(shè)置了 STALL 屬性；NYET 表示尚未準(zhǔn)備好，要求等待。數(shù)據(jù)在 USB 總線上的傳輸以包為單位，包只能在幀內(nèi)傳輸。高速 USB 總線的幀周期為125uS，全速以及低速 USB 總線的幀周期為 1mS。幀的起始由一個(gè)特定的包（SOF 包）表 示，幀尾為 EOF。EOF 不是一個(gè)包，而是一種電平狀態(tài)，EOF 期間不允許有數(shù)據(jù)傳輸。注意：雖然高速 USB 總線和全速/低速 USB 總線的幀周期不一樣，當(dāng)時(shí) SOF 包中幀編號(hào)的增加速度是 一樣的，因?yàn)樵诟咚?USB 系統(tǒng)中，SOF 包中幀編號(hào)實(shí)際上取得是計(jì)數(shù)器的高 11 位，最低三位作為微 幀編號(hào)沒有使用，因此其幀編號(hào)的增加周期也為 1mS。事務(wù)傳輸（Transaction）的流程1. 批量事務(wù)傳輸圖中一個(gè)方框表示一個(gè) Packet，灰色的包表示主機(jī)發(fā)出的包，白色的包表示 Device 發(fā)出的包。批量傳輸是可靠的傳輸，需要握手包來表明傳輸?shù)慕Y(jié)果。若數(shù)據(jù) 量比較大，將采用多次批量事務(wù)傳輸來完成全部數(shù)據(jù)的傳輸，傳輸過程中數(shù)據(jù)包的 PID 按照 DATA0DATA1DATA0…的方式翻轉(zhuǎn)，以保證發(fā)送端和接收端的同步。USB 允許連續(xù) 3 次以下的傳輸錯(cuò)誤，會(huì)重試該傳輸，若成功則將錯(cuò)誤次數(shù)計(jì)數(shù)器清 零，否則累加該計(jì)數(shù)器。超過三次后，HOST 認(rèn)為該端點(diǎn)功能錯(cuò)誤（STALL），放 棄該端點(diǎn)的傳輸任務(wù)。一次批量傳輸（Transfer）由 1 次到多次批量事務(wù)傳輸（Transaction）組成。翻轉(zhuǎn)同步：發(fā)送端按照 DATA0DATA1DATA0…的順序發(fā)送數(shù)據(jù)包，只有成功的事務(wù)傳輸 才會(huì)導(dǎo)致 PID 翻轉(zhuǎn)，也就是說發(fā)送段只有在接收到 ACK 后才會(huì)翻轉(zhuǎn) PID，發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù) 包，否則會(huì)重試本次事務(wù)傳輸。同樣，若在接收端發(fā)現(xiàn)接收到到的數(shù)據(jù)包不是按照此順序 翻轉(zhuǎn)的，比如連續(xù)收到兩個(gè) DATA0，那么接收端認(rèn)為第二個(gè) DATA0 是前一個(gè) DATA0 的 重傳。2. 控制傳輸（Transaction） 一次控制傳輸分為三（或兩個(gè)）個(gè)階段：建立（Setup）、數(shù)據(jù)（DATA）（可能沒有）以及狀態(tài)（Status）。每個(gè)階段都由一次或多次（數(shù)據(jù)階段）事務(wù)傳輸組成（Transaction）。左圖為建立階段的事務(wù)傳輸流程圖?？梢钥闯觯?與批量傳輸相比，在流程上并沒有多大區(qū)別，區(qū)別只 在于該事務(wù)傳輸發(fā)生的端點(diǎn)不一樣、支持的最大包長(zhǎng) 度不一樣、優(yōu)先級(jí)不一樣等這樣一些對(duì)用戶來說透明 的東西。建立階段過后，可能會(huì)有數(shù)據(jù)階段，這個(gè)階段將 會(huì)通過一次或多次控制傳輸事務(wù)，完成數(shù)據(jù)的傳輸。 同樣也會(huì)采用 PID 翻轉(zhuǎn)的機(jī)制。建立階段，Device 只 能返回 ACK 包，或者不返回任何包。最后是狀態(tài)階段，通過一次方向與前一次相反的 控制事務(wù)傳輸來表明傳輸?shù)某晒εc否。如果成功會(huì)返回一個(gè)長(zhǎng)度為 0 的數(shù)據(jù)包，否 則返回 NAK 或 STALL。下圖為整個(gè)控制傳輸?shù)氖疽鈭D：3. 中斷傳輸中斷傳輸在流程上除不支持 PING 之外，其他的跟批量傳輸是一樣的。他們之 間的區(qū)別也僅在于事務(wù)傳輸發(fā)生的端點(diǎn)不一樣、支持的最大包長(zhǎng)度不一樣、優(yōu)先級(jí) 不一樣等這樣一些對(duì)用戶來說透明的東西。主機(jī)在排定中斷傳輸任務(wù)時(shí)，會(huì)根據(jù)對(duì)應(yīng)中斷端點(diǎn)描述符中指定的查詢間隔發(fā)起中斷傳輸。中斷傳輸有較高的優(yōu)先級(jí)，僅次于同步傳輸。同樣中斷傳輸也采用 PID 翻轉(zhuǎn)的機(jī)制來保證收發(fā)端數(shù)據(jù)同步。下圖為中斷傳輸 的流程圖。4. 同步傳輸同步傳輸是不可靠的傳輸，所以它沒有 握手包，也不支持 PID 翻轉(zhuǎn)。主機(jī)在排定事 務(wù)傳輸時(shí)，同步傳輸有最高的優(yōu)先級(jí)。USB 總線上的情形是怎樣的？包是 USB 總線是數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钚挝?，不能被打斷或干擾，否則會(huì)引發(fā)錯(cuò)誤。若干個(gè)數(shù)據(jù)包組成一次事務(wù)傳輸，一次事務(wù)傳輸也不能打斷，屬于一次事務(wù)傳輸?shù)膸讉€(gè)包必須連續(xù)，不能跨幀完成。 一次傳輸由一次到多次事務(wù)傳輸構(gòu)成，可以跨幀完成。USB 框架在 USB 框架中，規(guī)范主要定義了 USB 設(shè)備的各種狀態(tài)、常用操作、USB 設(shè)備請(qǐng)求、 描述符、設(shè)備類等。下圖為 USB 設(shè)備的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖：這里重點(diǎn)介紹下枚舉的過程。當(dāng)設(shè)備連接到主機(jī)時(shí)，按照以下順序進(jìn)行枚舉：1. 連接了設(shè)備的 HUB 在 HOST 查詢其狀態(tài)改變端點(diǎn)時(shí)返回對(duì)應(yīng)的 bitmap，告知HOST 某個(gè) PORT 狀態(tài)發(fā)生了改變。2. 主機(jī)向 HUB 查詢?cè)?PORT 的狀態(tài)，得知有設(shè)備連接，并知道了該設(shè)備的基本特性。3. 主機(jī)等待（至少 100mS）設(shè)備上電穩(wěn)定，然后向 HUB 發(fā)送請(qǐng)求，復(fù)位并使能該P(yáng)ORT。4. HUB 執(zhí)行 PORT 復(fù)位操作，復(fù)位完成后該 PORT 就使能了?，F(xiàn)在設(shè)備進(jìn)入到 defalut狀態(tài)，可以從 Vbus 獲取不超過 100mA 的電流。主