USB的重要關(guān)鍵概念:

1.        端點，位于USB設(shè)備或主機上的一個數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，用來存放和發(fā)送USB的各種數(shù)據(jù)，每一個端點都有惟一的確定地址，有不同的傳輸特性（如輸入端點、輸出端點、配置端點、批量傳輸端點）

2.        幀，時間概念，在USB中，一幀就是1MS，它是一個獨立的單元，包含了一系列總線動作，USB將1幀分為好幾份，每一份中是一個USB的傳輸動作。

3.        上行、下行：設(shè)備到主機為上行，主機到設(shè)備為下行

一條USB的傳輸線分別由地線、電源線、D+、D-四條線構(gòu)成，D+和D-是差分輸入線，它使用的是3.3V的電壓（注意哦，與CMOS的5V電平不同），而電源線和地線可向設(shè)備提供5V電壓，最大電流為500MA（可以在編程中設(shè)置的，至于硬件的實現(xiàn)機制，就不要管它了）。

數(shù)據(jù)在USB線里傳送是由低位到高位發(fā)送的。

USB數(shù)據(jù)是由二進制數(shù)字串構(gòu)成的，首先數(shù)字串構(gòu)成域（有七種），域再構(gòu)成包，包再構(gòu)成事務(wù)（IN、OUT、SETUP），事務(wù)最后構(gòu)成傳輸（中斷傳輸、并行傳輸、批量傳輸和控制傳輸）。下面簡單介紹一下域、包、事務(wù)、傳輸，請注意他們之間的關(guān)系。

一.  域是USB數(shù)據(jù)最小的單位，由若干位組成（至于是多少位由具體的域決定），域可分為七個類型：

1.        同步域（SYNC），八位，值固定為0000 0001，用于本地時鐘與輸入同步

2.        標(biāo)識域（PID），由四位標(biāo)識符+四位標(biāo)識符反碼構(gòu)成，表明包的類型和格式

3.        地址域（ADDR）：七位地址，代表了設(shè)備在主機上的地址，地址000 0000被命名為零地址，是任何一個設(shè)備第一次連接到主機時，在被主機配置、枚舉前的默認(rèn)地址

4.        端點域（ENDP），四位，由此可知一個USB設(shè)備有的端點數(shù)量最大為16

5.        幀號域（FRAM），11位，每一個幀都有一個特定的幀號，幀號域最大容量0x800

6.        數(shù)據(jù)域（DATA）：長度為0~1023字節(jié)，在不同的傳輸類型中，數(shù)據(jù)域的長度各不相同，但必須為整數(shù)個字節(jié)的長度

7.        校驗域（CRC）：對令牌包和數(shù)據(jù)包中非PID域進行校驗的一種方法

二.  包由域構(gòu)成，有四種類型，分別是令牌包、數(shù)據(jù)包、握手包和特殊包，前面三種是重要的包，不同的包的域結(jié)構(gòu)不同。

包，可分為輸入包、輸出包、設(shè)置包和幀起始包（注意這里的輸入包是用于設(shè)置輸入命令的，輸出包是用來設(shè)置輸出命令的，而不是放據(jù)數(shù)的），其中輸入包、輸出包和設(shè)置包的格式都是一樣的：SYNC+PID+ADDR+ENDP+CRC5（五位的校驗碼）

1.        幀起始包的格式：

SYNC+PID+11位FRAM+CRC5（五位的校驗碼）

2.        數(shù)據(jù)包：分為DATA0包和DATA1包，當(dāng)USB發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，當(dāng)一次發(fā)送的數(shù)據(jù)長度大于相應(yīng)端點的容量時，就需要把數(shù)據(jù)包分為好幾個包，分批發(fā)送，DATA0包和DATA1包交替發(fā)送，即如果第一個數(shù)據(jù)包是DATA0，那第二個數(shù)據(jù)包就是DATA1。但也有例外情況，在同步傳輸中（四類傳輸類型中之一），所有的數(shù)據(jù)包都是為DATA0，格式如下：

SYNC+PID+0~1023字節(jié)+CRC16

3.        握手包：結(jié)構(gòu)最為簡單的包，格式如下

SYNC+PID

三.  事務(wù)分為IN事務(wù)、OUT事務(wù)和SETUP事務(wù)三大事務(wù)，每一種事務(wù)都由令牌包、數(shù)據(jù)包、握手包構(gòu)成，每個包的發(fā)送有一定的時間先后順序，因此事務(wù)分為三個階段：

1.        令牌包階段：啟動一個輸入、輸出或設(shè)置的事務(wù)

2.        數(shù)據(jù)包階段：按輸入、輸出發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)

3.        握手包階段：返回數(shù)據(jù)接收情況，在同步傳輸?shù)?/span>IN和OUT事務(wù)中沒有這個階段，這是比較特殊的。

1.        IN事務(wù)：

令牌包階段：主機發(fā)送一個PID為IN的輸入包給設(shè)備，通知設(shè)備要往主機發(fā)送數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)包階段：設(shè)備根據(jù)情況會作出三種應(yīng)答（要注意：數(shù)據(jù)包階段也不總是傳送數(shù)據(jù)的，根據(jù)傳輸情況還會提前進入握手包階段）

A.       設(shè)備端點正常，設(shè)備往入主機里面發(fā)出數(shù)據(jù)包（DATA0與DATA1交替）

B.       設(shè)備正在忙，無法往主機發(fā)出數(shù)據(jù)包就發(fā)送NAK無效包，IN事務(wù)提前結(jié)束

C.      相應(yīng)設(shè)備端點被禁止，發(fā)送錯誤包STALL包，事務(wù)也就提前結(jié)束了，總線進入空閑狀態(tài)

握手包階段：主機正確接收到數(shù)據(jù)之后就會向設(shè)備發(fā)送ACK包

2.        OUT事務(wù)：

令牌包階段：主機發(fā)送一個PID為OUT的輸出包給設(shè)備，通知設(shè)備要接收數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)包階段：比較簡單，就是主機會設(shè)備送數(shù)據(jù)，DATA0與DATA1交替

握手包階段：設(shè)備根據(jù)情況會作出三種反應(yīng)

A.       設(shè)備端點接收正確，設(shè)備往入主機返回ACK，通知主機可以發(fā)送新的數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)包發(fā)生了CRC校驗錯誤，將不返回任何握手信息

B.       設(shè)備正在忙，無法往主機發(fā)出數(shù)據(jù)包就發(fā)送NAK無效包，通知主機再次發(fā)送數(shù)據(jù)

C.      相應(yīng)設(shè)備端點被禁止，發(fā)送錯誤包STALL包，事務(wù)提前結(jié)束，總線直接進入空閑狀態(tài)

3.        SETUT事務(wù)：

A.       令牌包階段：主機發(fā)送一個PID為SETUP的輸出包給設(shè)備，通知設(shè)備要接收數(shù)據(jù)

B.       數(shù)據(jù)包階段：比較簡單，就是主機會設(shè)備送數(shù)據(jù)，注意，這里只有一個固定為8個字節(jié)的DATA0包，這8個字節(jié)的內(nèi)容就是標(biāo)準(zhǔn)的USB設(shè)備請求命令，共有11條

C.      握手包階段：設(shè)備接收到主機的命令信息后，返回ACK，此后總線進入空閑狀態(tài)，并準(zhǔn)備下一個傳輸（在SETUP事務(wù)后通常是一個IN或OUT事務(wù)構(gòu)成的傳輸）

四.  傳輸：傳輸由OUT、IN、SETUP事務(wù)其中的事務(wù)構(gòu)成，傳輸有四種類型：中斷傳輸、批量傳輸、同步傳輸、控制傳輸，中斷傳輸和批量轉(zhuǎn)輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)一樣，同步傳輸有最簡單的結(jié)構(gòu)，而控制傳輸是最重要的也是最復(fù)雜的傳輸。

1.        中斷傳輸：由OUT事務(wù)和IN事務(wù)構(gòu)成，用于鍵盤、鼠標(biāo)等HID設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸中

2.        批量傳輸：由OUT事務(wù)和IN事務(wù)構(gòu)成，用于大容量數(shù)據(jù)傳輸，沒有固定的傳輸速率，也不占用帶寬，當(dāng)總線忙時，USB會優(yōu)先進行其他類型的數(shù)據(jù)傳輸，而暫時停止批量轉(zhuǎn)輸

3.        同步傳輸：由OUT事務(wù)和IN事務(wù)構(gòu)成，有兩個特殊地方，第一，在同步傳輸?shù)?/span>IN和OUT事務(wù)中是沒有返回包階段的；第二，在數(shù)據(jù)包階段所有的數(shù)據(jù)包都為DATA0

4.        控制傳輸：最重要的也是最復(fù)雜的傳輸，控制傳輸由三個階段構(gòu)成（初始設(shè)置階段、可選數(shù)據(jù)階段、狀態(tài)信息步驟），每一個階段可以看成一個的傳輸，控制傳輸其實是由三個傳輸構(gòu)成的，用來于USB設(shè)備初次加接到主機之后，主機通過控制傳輸來交換信息，設(shè)備地址和讀取設(shè)備的描述符，使得主機識別設(shè)備，并安裝相應(yīng)的驅(qū)動程序，這是每一個USB開發(fā)者都要關(guān)心的問題。

1.        初始設(shè)置：就是一個由SET事務(wù)構(gòu)成的傳輸

2.        可選數(shù)據(jù)：就是一個由IN或OUT事務(wù)構(gòu)成的傳輸，這個步驟是可選的，要看初始設(shè)置步驟有沒有要求讀/寫數(shù)據(jù)（由SET事務(wù)的數(shù)據(jù)包階段發(fā)送的標(biāo)準(zhǔn)請求命令決定）

3.        狀態(tài)信息：獲取狀態(tài)信息，由IN或OUT事務(wù)構(gòu)成的傳輸，但是要注意這里的IN和OUT事務(wù)和之前的INT和OUT事務(wù)有兩點不同：

A.       傳輸方向相反，通常IN表示設(shè)備往主機送數(shù)據(jù)，OUT表示主機往設(shè)備送數(shù)據(jù)；在這里，IN表示主機往設(shè)備送數(shù)據(jù)，而OUT表示設(shè)備往主機送數(shù)據(jù)。

B.       在這個里，數(shù)據(jù)包階段的數(shù)據(jù)包都是0長度的，即SYNC+PID+CRC16

總結(jié)：USB的最小單元是“域”，由“域”構(gòu)成了“包”，在由“包”構(gòu)成了“事務(wù)”，最后由“事務(wù)”構(gòu)成了“傳輸”，在應(yīng)用層面，我們看到的只是傳輸，所以USB協(xié)議棧就需要完成傳輸以下的所有事情。這對標(biāo)準(zhǔn)的USB協(xié)議棧提出了最基本的要求。