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      USB入門系列之六 —— USB設(shè)備的枚舉過程

       wfsy1983 2011-01-25
        USB主機(jī)在檢測到USB設(shè)備插入后,就要對設(shè)備進(jìn)行枚舉了。為什么要枚舉呢?枚舉就是從設(shè)備讀取一些信息,知道設(shè)備是什么樣的設(shè)備,如何進(jìn)行通信,這樣主機(jī)就可以根據(jù)這些信息來加載合適的驅(qū)動(dòng)程序。調(diào)試USB設(shè)備,很重要的一點(diǎn)就是USB的枚舉過程,只要枚舉成功了,那么就已經(jīng)成功大半了。
          在說枚舉之前,先大概說一下USB的一種傳輸模式——控制傳輸。這種傳輸在USB中是非常重要的,它要保證數(shù)據(jù)的正確性,在設(shè)備的枚舉過程中都是使用控制傳輸??刂苽鬏敺譃槿齻€(gè)過程:①建立過程。②可選的數(shù)據(jù)過程。③狀態(tài)過程。建立(Setup)過程都是由USB主機(jī)發(fā)起,它開始于一個(gè)Setup令牌包,后面緊跟一個(gè)DATA0包。如果是控制輸入傳輸,那么數(shù)據(jù)過程就是輸入數(shù)據(jù);如果是控制輸出傳輸,那么數(shù)據(jù)過程是輸出數(shù)據(jù)。如果在設(shè)置過程中,指定了數(shù)據(jù)長度為0,則沒有數(shù)據(jù)過程。數(shù)據(jù)過程之后是狀態(tài)過程。狀態(tài)過程剛好與數(shù)據(jù)過程的數(shù)據(jù)傳輸方向相反:如果是控制輸入傳輸,則狀態(tài)過程是一個(gè)輸出數(shù)據(jù)包;如果是控制輸出傳輸,則狀態(tài)過程是一個(gè)輸入數(shù)據(jù)包。狀態(tài)階段用來確認(rèn)所有的數(shù)據(jù)都已經(jīng)正確傳輸。
          好了,下面我們來看看枚舉的詳細(xì)過程。
          首先,USB主機(jī)檢測到USB設(shè)備插入后,就會(huì)先對設(shè)備復(fù)位。設(shè)備復(fù)位后,USB主機(jī)就會(huì)對地址為0的設(shè)備發(fā)送獲取設(shè)備描述符的標(biāo)準(zhǔn)請求。所有的USB設(shè)備在總線復(fù)位后其地址都為0,這樣主機(jī)就可以跟那些剛剛插入的設(shè)備通過地址0通信。主機(jī)在建立階段發(fā)出獲取設(shè)備描述符的輸入請求,設(shè)備收到該請求后,在數(shù)據(jù)過程將設(shè)備描述符返回給主機(jī)。主機(jī)在成功獲取到一個(gè)數(shù)據(jù)包的設(shè)備描述符后并且確認(rèn)沒有什么錯(cuò)誤后(注意:有些USB設(shè)備的端點(diǎn)0大小不足18字節(jié)(但至少具有8字節(jié)),而標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備描述有18字節(jié),在這種情況下,USB設(shè)備只能暫時(shí)按最大包將部分設(shè)備描述符返回,而主機(jī)在成功獲取到前面一部分描述符后,就不會(huì)再請求剩下的設(shè)備描述符部分,而是進(jìn)入設(shè)置地址階段),就會(huì)返回一個(gè)0長度的狀態(tài)數(shù)據(jù)包給設(shè)備。
          然后主機(jī)再對設(shè)備復(fù)位一下,接下來就會(huì)進(jìn)入到設(shè)置地址階段。這時(shí)USB主機(jī)發(fā)出一個(gè)設(shè)置地址的請求(建立過程,設(shè)置地址無數(shù)據(jù)過程),地址包含在建立包中,具體的地址USB主機(jī)會(huì)負(fù)責(zé)管理,它會(huì)分配一個(gè)唯一的地址給新的設(shè)備。USB設(shè)備在收到地址后,返回0長度的狀態(tài)包,主機(jī)收到0長度的狀態(tài)包之后,會(huì)返回一個(gè)ACK給設(shè)備。設(shè)備在收到這個(gè)ACK之后,就可以啟用新的地址了。這樣設(shè)備就分配到了一個(gè)唯一的設(shè)備地址,以后主機(jī)就通過它來進(jìn)行訪問該設(shè)備。
          然后主機(jī)再次獲取設(shè)備描述符,這次跟第一次可能有點(diǎn)不一樣,這次需要獲取完全部的18個(gè)字節(jié)的設(shè)備描述符。當(dāng)然,如果你的端點(diǎn)0緩沖大于18字節(jié)的話,那就跟第一次的情形一樣了。
          接下來,主機(jī)就會(huì)獲取配置描述符。配置描述符總共為9字節(jié)。主機(jī)在獲取到配置描述符后,根據(jù)里面的配置集合總長度,再獲取配置集合。配置集合包括配置描述符,接口描述符,端點(diǎn)描符等等。
          如果有字符串描述符的話,還要獲取字符串描述符。另外HID設(shè)備還有HID描述符等。使用BUS HOUND以及通過串口返回信息,很容易看到具體的過程??傊侵鳈C(jī)請求什么,你的程序就響應(yīng)什么。

      下面這些數(shù)據(jù)是使用BUS HOUND抓的,這個(gè)是在WIN2000下抓到的,如果在WINXP下,就看不到設(shè)置地址之前的數(shù)據(jù)。
      寫了注釋下面的部分就是主機(jī)和設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信,而其它的則是主機(jī)跟根集線器之間的通信數(shù)據(jù)。

      Device  Phase  Data                                                Description       Cmd.Phase.Ofs(rep)  Delta
      ------  -----  --------------------------------------------------  ----------------  ------------------  -----
        14.1  DI     02                                                  .                        1.1.0        3.4sc 
        14.0  CTL    a3 00 00 00  01 00 04 00                            GET STATUS               2.1.0(2)      17us 
        14.0  DI     01 01 01 00                                         ....                     2.2.0         27us 
        14.0  CTL    23 01 10 00  01 00 00 00                            CLEAR FEATURE            4.1.0        110us 
        14.0  CTL    a3 00 00 00  01 00 04 00                            GET STATUS               5.1.0(2)      56us 
        14.0  DI     01 01 00 00                                         ....                     5.2.0         14us 
        14.0  CTL    23 03 04 00  01 00 00 00                            SET FEATURE              7.1.0        109ms 
        14.1  DI     02                                                  .                        8.1.0         90ms 
        14.0  CTL    a3 00 00 00  01 00 04 00                            GET STATUS               9.1.0         23us 
        14.0  DI     03 01 10 00                                         ....                     9.2.0         22us 
        14.0  CTL    23 01 14 00  01 00 00 00                            CLEAR FEATURE           10.1.0          8us 
        14.0  CTL    a3 00 00 00  01 00 04 00                            GET STATUS              11.1.0         19ms 
        14.0  DI     03 01 00 00                                         ....                    11.2.0         34us
      /////////////第一次獲取設(shè)備描述符請求////////////////////// 
        14.0  CTL    80 06 00 01  00 00 40 00                            GET DESCRIPTOR          12.1.0        239us 
      /////////////第一次返回設(shè)備描述符//////////////////////////
      /////////////由于該端點(diǎn)緩沖只有16字節(jié),因此只讀到16字節(jié)///////////
        14.0  DI     12 01 10 01  00 00 00 10  65 10 36 21  01 00 00 00  ........e.6!....        12.2.0         67ms 
        14.0  CTL    a3 00 00 00  01 00 04 00                            GET STATUS              13.1.0         49us 
        14.0  DI     03 01 00 00                                         ....                    13.2.0         27us 
        14.0  CTL    23 03 04 00  01 00 00 00                            SET FEATURE             14.1.0         24us 
        14.1  DI     02                                                  .                       15.1.0        112ms 
        14.0  CTL    a3 00 00 00  01 00 04 00                            GET STATUS              16.1.0         21us 
        14.0  DI     03 01 10 00                                         ....                    16.2.0         25us 
        14.0  CTL    23 01 14 00  01 00 00 00                            CLEAR FEATURE           17.1.0          8us
      ////////////////設(shè)置地址,地址為2/////////////////////////////////
        14.0  CTL    00 05 02 00  00 00 00 00                            SET ADDRESS             18.1.0         19ms
      ///////////第二次獲取設(shè)備描述符請求////////////////////////////// 
        14.0  CTL    80 06 00 01  00 00 12 00                            GET DESCRIPTOR          19.1.0         40ms
      ////////////第二次返回了全部的18字節(jié)設(shè)備描述符//////////////////
        14.0  DI     12 01 10 01  00 00 00 10  65 10 36 21  01 00 00 00  ........e.6!....        19.2.0         75ms 
                     02 01                                               ..                      19.2.16
      ////////////獲取9字節(jié)的配置描述符/////////////////////////////            
        14.0  CTL    80 06 00 02  00 00 09 00                            GET DESCRIPTOR          20.1.0         44us 
      ////////////返回9字節(jié)的配置描述符/////////////////////////////
      ////////////可以看到配置描述符集合長度為0x20(即32)字節(jié)//////
        14.0  DI     09 02 20 00  01 01 00 80  dd                        .. ......               20.2.0         50ms 
        14.0  CTL    a3 00 00 00  02 00 04 00                            GET STATUS              21.1.0        214ms 
        14.0  DI     00 01 00 00                                         ....                    21.2.0         34us
      //////////再一次獲取設(shè)備描述符//////////////////////////////
        17.0  CTL    80 06 00 01  00 00 12 00                            GET DESCRIPTOR          22.1.0        3.8ms 
      /////////返回設(shè)備描述符////////////////////////////////
        17.0  DI     12 01 10 01  00 00 00 10  65 10 36 21  01 00 00 00  ........e.6!....        22.2.0         67ms 
                     02 01                                               ..                      22.2.16
      //////////獲取配置描述符///////////////////////             
        17.0  CTL    80 06 00 02  00 00 09 00                            GET DESCRIPTOR          23.1.0         28us 
      ///////////返回配置描述符///////////////////////
        17.0  DI     09 02 20 00  01 01 00 80  dd                        .. ......               23.2.0         50ms 
      /////////獲取0x20字節(jié)的配置描述符集合,包括配置描述符,接口描述符,端點(diǎn)描述符等/////////
        17.0  CTL    80 06 00 02  00 00 20 00                            GET DESCRIPTOR          24.1.0         30us
      /////////返回了0x20字節(jié)的配置描述符集合///////////// 
        17.0  DI     09 02 20 00  01 01 00 80  dd 09 04 00  00 02 08 06  .. .............        24.2.0         83ms 
                     50 00 07 05  82 02 40 00  00 07 05 02  02 40 00 00  P.....@......@..        24.2.16
      ////////獲取字符串描述符的語言ID///////////////           
        17.0  CTL    80 06 00 03  00 00 02 00                            GET DESCRIPTOR          25.1.0         29us
      ///////設(shè)備返回語言ID,第一字節(jié)表示語言ID的長度///////////////
        17.0  DI     04 03                                               ..                      25.2.0         45ms 
      ////////根據(jù)長度獲取4字節(jié)的字符串描述符的語言ID///////////////
        17.0  CTL    80 06 00 03  00 00 04 00                            GET DESCRIPTOR          26.1.0         17ms
      ////////設(shè)備返回完整的語言ID////////////////
        17.0  DI     04 03 09 04                                         ....                    26.2.0         53ms 
      /////////獲取索引為2的字符串描述符///////////
        17.0  CTL    80 06 02 03  09 04 02 00                            GET DESCRIPTOR          27.1.0         27us 
      //////////設(shè)備返回字符串描述符,第一字節(jié)為該字符串描述符的長度//////////
        17.0  DI     12 03                                               ..                      27.2.0         46ms 
      /////////根據(jù)長度獲取索引為2的字符串描述符///////////
        17.0  CTL    80 06 02 03  09 04 12 00                            GET DESCRIPTOR          28.1.0         23us 
      /////////設(shè)備返回完整的0x12字節(jié)字符串描述符/////////
        17.0  DI     12 03 32 00  30 00 37 00  31 00 30 00  39 00 38 00  ..2.0.7.1.0.9.8.        28.2.0         70ms 
                     32 00                                               2.                      28.2.16
      ////////////////設(shè)置配置///////////////////////////////            
        17.0  CTL    00 09 01 00  00 00 00 00                            SET CONFIG              29.1.0         28us
      ////////////////設(shè)置接口//////////////////////////////// 
        17.0  CTL    01 0b 00 00  00 00 00 00                            SET INTERFACE           30.1.0         22ms
      //////////////獲取最大邏輯單元///////////////////////// 
        17.0  CTL    a1 fe 00 00  00 00 01 00                            GET MAX LUN             31.1.0        158us 
        17.0  DI     00                                                  .                       31.2.0         53ms
      ///////////////USB大容量存儲(chǔ)設(shè)備的命令塊封包(CBW)//////// 
        17.2  DO     55 53 42 43  c8 58 25 81  24 00 00 00  80 00 06 12  USBC.X%.$.......        32.1.0        3.0ms 
                     00 00 00 24  00 00 00 00  00 00 00 00  00 00 00     ...$...........         32.1.16             


      以下是我在做USB鍵盤時(shí),通過串口發(fā)回的調(diào)試信息,從這也可以看到枚舉的過程。

      系統(tǒng)啟動(dòng)................................
      斷開USB連接........................
      USBD12芯片初始化
         設(shè)置地址.....................
             地址為:  0
      連接USB...............
      USB總線復(fù)位................................
      USB總線掛起................................
      USB總線復(fù)位................................
      USB總線掛起................................
      USB總線復(fù)位................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
              獲取設(shè)備描述符................................
      USB總線復(fù)位................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
         設(shè)置地址.....................
             地址為:  2
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
              獲取設(shè)備描述符................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
              獲取配置描述符................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
              獲取字符串描述符................................
                  獲取語言ID................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
              獲取字符串描述符................................
                  獲取設(shè)備序列號................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
              獲取配置描述符................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
              獲取字符串描述符................................
                  獲取語言ID................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
              獲取字符串描述符................................
                  獲取產(chǎn)品字符串................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
              獲取字符串描述符................................
                  獲取語言ID................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
              獲取字符串描述符................................
                  獲取產(chǎn)品字符串................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
              獲取設(shè)備描述符................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
              獲取配置描述符................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
              獲取配置描述符................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          設(shè)置配置................................
      USB類請求................................
          設(shè)置空閑................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符(從接口)..............................
              獲取報(bào)告描述符................................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符(從接口)..............................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符(從接口)..............................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符(從接口)..............................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符(從接口)..............................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符(從接口)..............................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符(從接口)..............................
      USB標(biāo)準(zhǔn)請求................................
          獲取描述符(從接口)..............................

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