一次傳輸包含多次事務(wù)，一個(gè)事務(wù)包含多個(gè)包

3.3 物理總線拓?fù)?/h3>

USB網(wǎng)絡(luò)可以通過USB Hub進(jìn)行擴(kuò)展，但是擴(kuò)展不是無限的。最多127個(gè)。

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3.4 邏輯總線拓?fù)?/h3>

雖然物理上多個(gè)Hub連接了多個(gè)網(wǎng)絡(luò)，但是，在邏輯上，所有的Logical Device都是掛載在Host下的，Hub對(duì)于Host來說是透明的。

對(duì)于運(yùn)行在操作系統(tǒng)上的軟件來說，每個(gè)CSw對(duì)應(yīng)一個(gè)Function。

Function通過接口（Interface）和管道（Pipe Bundle）進(jìn)行連接，管道又連接到Client SW上。

這些管道并不是物理上的，而是邏輯上的管道，一個(gè)Function對(duì)應(yīng)一個(gè)Interface對(duì)應(yīng)一個(gè)Pipe。一個(gè)Interface由多個(gè)Endpoint組成。

USB Logical Device在USB系統(tǒng)中顯示為Endpoint的集合，端點(diǎn)集合組成Interface

Function直接操作Interface

The USB System Software使用Default Control Pipe來管理Device

Client Software使用Pipe bundles（與端點(diǎn)集相關(guān)聯(lián)）來管理Interface

Client Software 管理數(shù)據(jù)在 a buffer on the Host 和 an Endpoint on the USB Device之間傳輸。

The Host Controller (or USB Device,depending on transfer direction) 打包數(shù)據(jù)在USB之間傳輸。

貼個(gè)原文以防翻譯不到位：

每個(gè)Endpoint都是單向的，輸入或輸出，一個(gè)Device可以由多個(gè)Endpoint組成，每個(gè)Endpoint在連接時(shí)就會(huì)被設(shè)置唯一的地址和端點(diǎn)號(hào)

Endpoint zero：
端口0是一個(gè)特殊的端口，可以對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行初始配置，輸入輸出模式。The USB System Software使用 a default control method來初始化和一般操作邏輯設(shè)備（例如，配置邏輯設(shè)備）作為默認(rèn)控制

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4. 協(xié)議層內(nèi)容

4.1 數(shù)據(jù)包字段格式（token）

由于在實(shí)際傳輸中，數(shù)據(jù)包還需要經(jīng)過NRZI和位bit填充。為方便討論時(shí)，不考慮上面兩項(xiàng)。

4.1.1 PID

（Packet Identifier）
緊跟在SYNC上，8位，低四位代表包類型，高四位為低四位的取反

Host和Function可以根據(jù)PID包的內(nèi)容確定包的類型。

4.1.2 地址字段

地址字段包括地址（7bit）和Endpoint number （4bit）
Function address 字段指定特定的Function，根據(jù)PID的類型，表示原地址或者目的地址。
下面這些類型的包會(huì)包含地址字段：

• SETUP
• IN
• OUT
• PING
• SPLIT

7bit可以表示至少128個(gè)地址，但是0地址要保留，每一個(gè)地址對(duì)應(yīng)一個(gè)Function，所以一共支持127個(gè)Function。

在地址字段后還附帶了一個(gè)Endpoint字段，允許更靈活地尋址需要多個(gè)Endpoint的Function
LS設(shè)備支持最多三個(gè)Pipe，FS,HS最多支持16個(gè)IN和OUT Pipe

4.1.3 幀數(shù)字段

幀數(shù)字段是一個(gè)11位的字段，由主機(jī)按每幀遞增。幀號(hào)字段在達(dá)到其最大值7FFH時(shí)滾動(dòng)，并且僅在每個(gè)（微）幀開始時(shí)僅以SOF令牌發(fā)送。

4.1.4 data字段

數(shù)據(jù)字段的范圍從0-1024字節(jié)，必須是字節(jié)的整數(shù)倍

4.1.5 CRC字段

Token（令牌包）的CRC為五位的

Data（數(shù)據(jù)包）的CRC是十六位的

計(jì)算方法：通過專用的CRC計(jì)算器即可：

http://www.ip33.com/crc.html

4.2 數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)

4.2.1 令牌包（token）

對(duì)于OUT和SETUP事務(wù)，ADDR和ENDP字段標(biāo)識(shí)了后續(xù)DATA事務(wù)的地址，對(duì)于IN事務(wù)，指定了哪個(gè)端點(diǎn)才能傳輸數(shù)據(jù)包。只有主機(jī)可以發(fā)送token令牌包。CRC5只校驗(yàn)ADDR和ENDP字段。

4.2.2 幀開始數(shù)據(jù)包（SOF）

全速總線由主機(jī)以每1.00ms±0.0005ms發(fā)出一次幀啟動(dòng)(SOF)包，高速總線為125μs±0.0625μs。SOF數(shù)據(jù)包由一個(gè)指示包類型的PID和一個(gè)11位幀號(hào)字段組成，如圖8-13所示。
SOF令牌包括僅限令牌的事務(wù)，該事務(wù)以與每個(gè)幀的開始相對(duì)應(yīng)的精確時(shí)間間隔分配一個(gè)SOF標(biāo)記和伴隨的幀號(hào)。所有的高速和全速功能，包括集線器，接收SOF數(shù)據(jù)包。


幀與微幀是物理層的數(shù)據(jù)的表述吧。

4.2.2數(shù)據(jù)包（data）

低速設(shè)備允許的最大數(shù)據(jù)有效負(fù)載大小為8字節(jié)。全速設(shè)備的最大數(shù)據(jù)有效載荷大小為1023。高速設(shè)備的最大數(shù)據(jù)有效負(fù)載大小為1024字節(jié)

4.2.3握手包（handshake）

握手?jǐn)?shù)據(jù)包用于報(bào)告數(shù)據(jù)事務(wù)的狀態(tài)，并可以返回指示數(shù)據(jù)的接收成功、命令接受或拒絕、流控制和停止條件的值。只有支持流控制的事務(wù)類型才能返回握手

在握手階段和數(shù)據(jù)階段會(huì)返回handshake包，handshake包后面一個(gè)字節(jié)必定跟隨一個(gè)EOP，如果沒有那則會(huì)被認(rèn)為無效。

• ACK表示在數(shù)據(jù)字段上接收到的數(shù)據(jù)包沒有比特內(nèi)容或CRC錯(cuò)誤，并且數(shù)據(jù)PID接收到正確
• NAK表示Function無法接受來自主機(jī)(OUT)的數(shù)據(jù)，或者Function沒有要傳輸?shù)街鳈C(jī)(IN)的數(shù)據(jù)
• STALL由Function響應(yīng)IN令牌或在OUT的數(shù)據(jù)階段之后或響應(yīng)PING事務(wù)而返回
• NYET是一種高速的握手，在兩種情況下返回。它由一個(gè)HS Endpoint 作為PING協(xié)議的一部分返回。當(dāng)FS/LS transaction尚未完成或Hub無法處理拆分交易時(shí)，Hub也可以返回NYET以響應(yīng)拆分交易
• ERR是一種高速的握手，它返回來允許高速集線器在全/低速總線上報(bào)告錯(cuò)誤

4.2.4 SYNC

因?yàn)閁SB總線無單獨(dú)的時(shí)鐘信號(hào)，所以數(shù)據(jù)的跨時(shí)鐘域同步只能通過特定的字段實(shí)現(xiàn)。需要通過在數(shù)據(jù)包的前面都以同步包（SYNC）開始，被將輸入數(shù)據(jù)與本地時(shí)鐘對(duì)齊。

4.2.5 Split Transaction Special Token Packets

還有幾種特殊的包在分離傳輸時(shí)候使用。以后用到了再系統(tǒng)的學(xué)一下。

4.3 包傳輸過程

4.3.1 批量事務(wù)（ Bulk Transactions）

當(dāng)主機(jī)準(zhǔn)備好傳輸批量數(shù)據(jù)時(shí)，它首先發(fā)出一個(gè)OUT令牌包，然后是一個(gè)數(shù)據(jù)包(或PING特殊令牌包)。
如果數(shù)據(jù)接收函數(shù)沒有錯(cuò)誤，它將返回三個(gè)(或四個(gè)包括NYET，設(shè)備高速運(yùn)行)握手。

如果接收到的數(shù)據(jù)包存在CRC或比特內(nèi)容錯(cuò)誤，則不返回握手。

從DATA0開始，DATA0和DATA1交替?zhèn)鬏敗?/p>

4.3.2 控制傳輸（ Control Transfers）

控制事務(wù)最少有兩個(gè)傳輸階段：Setup and Status
在Setup and Status和之間可能包含DATA階段
接收到SETUP正常回復(fù)ACK，如果數(shù)據(jù)損壞則丟棄，不回復(fù)。

Data階段可能包含多個(gè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸規(guī)則與批量傳輸一致。

4.3.3 中斷事務(wù)（Interrupt Transactions）

如果有中斷被掛起，Function將中斷信息作為數(shù)據(jù)包返回。
如果Endpoint沒有要返回的新的中斷信息（即，沒有掛起的中斷），則該Function將在數(shù)據(jù)階段返回一個(gè)NAK握手。
如果為中斷Endpoint設(shè)置了Halt功能，則該函數(shù)將返回一個(gè)STALL握手。

4.3.4 同步事務(wù)（Isochronous Transactions）

同步事務(wù)僅有Token和Data階段，無handshake階段。同步事務(wù)不支持握手階段或重試功能
注意：FS設(shè)備或Host控制器應(yīng)該能夠接受數(shù)據(jù)包中的DATA0或DATA1 PID，但是只能發(fā)送DATA0。
HS主機(jī)控制器必須能夠接受和發(fā)送數(shù)據(jù)包中的DATA0、DATA1、DATA2或MDATA PID。

4.3.5 數(shù)據(jù)切換同步和重試 （Data Toggle Synchronization and Retry）

USB提供了一種機(jī)制，以保證跨多個(gè)事務(wù)的數(shù)據(jù)發(fā)送器和接收器之間的數(shù)據(jù)序列同步。這種機(jī)制提供了一種保證發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都能正確地解釋事務(wù)的握手階段的方法。

同步是通過使用DATA0和DATA1 PID 以及 數(shù)據(jù)發(fā)射器和接收器使用的獨(dú)立的數(shù)據(jù)切換序列位來實(shí)現(xiàn)的。

只有當(dāng)接收方能夠接收數(shù)據(jù)并接收到具有正確數(shù)據(jù)PID的無錯(cuò)誤數(shù)據(jù)包時(shí)，接收器序列位才會(huì)切換。
僅當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)射器接收到有效的ACK握手時(shí)，發(fā)射器序列位才會(huì)切換。
數(shù)據(jù)發(fā)射器和接收器必須在事務(wù)開始時(shí)同步它們的序列位。所使用的同步機(jī)制隨事務(wù)類型而異。同步傳輸不支持?jǐn)?shù)據(jù)切換同步。
可以直接看圖。

4.3.6 錯(cuò)誤檢測(cè)和補(bǔ)救（Error Detection and Recovery）

5. 后言

這次的整體架構(gòu)是由FPGA實(shí)現(xiàn)的USB2.0控制器通過PCIe掛載在CPU上，USB2.0控制器通過UTMI總線與PHY芯片相連，主要由PHY芯片構(gòu)成的轉(zhuǎn)接板與外部USB設(shè)備相連。本實(shí)驗(yàn)打算主要在UTMI總線上分析USB包行為。可能前期理解會(huì)有問題，不斷更新中。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的USB2.0协议原文阅读笔记的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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