幀

在USB系統中，正常狀態下根集線器或集線器會一直周期性地發送SOF包，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。如果USB線上一直處于空閑(Idle)狀態超過3ms，設備應該把它當作一個掛起(Suspended)信號，要求設備在10ms內進入掛起狀態，并把設備所需的電流大小降到規定的值。設備處于掛起狀態時，任何總線上的活動（非空閑信號）都可以把設備喚醒/恢復，從而退出低功耗模式。主機需要繼續周期性地發送SOF包，否則設備又將進入suspend。

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包結構

USB是以包為單位進行傳輸的，包只能在幀內傳輸。一個包包含多個域，不同的包包含不同的域，但都是以同步域（SYNC）開始，緊跟著包標識符（PID），最終以包結束符（EOP）結束。

同步域：表示包要開始傳輸了，同時可以用來同步主機和設備的時鐘。對于低速設備和全速設備，同步域使用的是00000001b；對于高速設備，同步域使用的是31個0后面跟1個1。

包標識符：表示數據包類型。總共8bit，bit0~3表示PID值，bit4~7為PID的取反，用來校驗PID。如上圖PID為0101，表示SOF包。

包結束符：表示數據包結束。

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包類型

USB協議規定了四類包：令牌包（token）、數據包（data）、握手包（handshake）和特殊包（special）。

令牌包：用來啟動一次傳輸。由于USB是主從結構，一個USB主機可以對應多個設備，因此每次開啟傳輸之前必須先使用令牌包和目標設備進行握手，告知設備本次傳輸的功能是什么、由誰來響應。

令牌包有4種：輸出（OUT）、輸入（IN）、建立（SETUP）和幀起始（SOF）

• 輸出：通知某設備的某端點，主機將要輸出一個數據包，請準備查收。
• 輸入：通知某設備的某端點，準備向主機輸入一個數據包，請準備發送。
• 建立：通知某設備的某端點（只能是端點0），主機將要輸出一個數據包（只能是DATA0），該數據包是一個請求，請準備查收。
• 幀起始：USB周期性發送幀起始包，全速設備每毫秒產生一個幀。USB主機會對當前幀號進行計數，通過SOF包發送幀號。

數據包：用來傳輸數據。主機和設備都會維護自己的一個數據包類型切換機制，以解決握手包被損壞的情形：當數據包成功發送或者接收時，數據包類型切換。如果對方下一次使用的數據包類型跟自己不一致，則說明它剛剛已經成功接收到數據包；如果對方下一次使用的數據包類型跟自己一致，則說明剛剛的數據包沒有發送成功，這是上一次的重試操作。

握手包：用來表示一個傳輸是否被對方確認。

• ACK：表示正確接收數據。
• NAK：沒有數據返回，或數據正確接收但沒有足夠空間容納。主機接收到NAK后，會在合適時機重傳。
• STALL：設備無法執行這個請求，或端點已經被掛起。
• NYET：本次數據已經正確接收，但沒有足夠空間來接收下一次數據。

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事務

由于USB是主從結構，每一次交互都必須由主機發起，這樣的過程稱為一次事務：

主機通過令牌包發起。

數據包傳送數據（可選）。

最后由接收者通過握手包確認。

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傳輸

USB協議規定了4種傳輸類型：批量傳輸、等時傳輸、中斷傳輸和控制傳輸。傳輸由一個或多個事務組成，其中批量傳輸、等時傳輸和中斷傳輸都是一個事務；控制傳輸包括三個事務。

批量傳輸：批量傳輸沒有規定數據包中數據的意義和結構，具體的數據結構要由設備自己定義。通常用在數據量大、對數據的實時性要求不高的場合。批量傳輸分為：批量輸出傳輸和批量輸入傳輸。

批量輸出傳輸：由OUT令牌包發起的一次事務。

批量輸入傳輸：由IN令牌包發起的一次事務。

中斷傳輸：中斷傳輸是一種保證查詢頻率的傳輸。主機保證在不大于某個時間間隔內安排一次傳輸事務。中斷傳輸通常用在數據量不大，但是對時間要求嚴格的設備中。

等時傳輸：等時傳輸用在數據量大、對實時性要求高的場合。等時傳輸過程中，主機不斷安排傳輸事務。出現數據錯誤的時候不進行重傳，因此也就沒有應答包。

控制傳輸：控制傳輸分為三個過程，建立過程、數據過程（可選）和狀態過程。

建立過程：由SETUP令牌包發起的一次事務（只能發給端點0，只能使用DATA0）。

數據過程：數據過程是可選的，可以沒有、包含一個或多個事務。數據過程第一個數據包必須是DATA1包，然后每次正確傳輸一個數據包后就在DATA0和DATA1之間交替。

狀態過程：狀態過程的傳輸方向和數據過程是相反的，狀態過程只使用DATA1包。

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端點

每個USB設備都有一個唯一的設備地址，設備地址是設備連接上主機時由主機分配的，主機主要依靠這個設備地址對USB設備進行訪問。但是在設備內部地址會被分的更細，設備會分出一些端點來，每個端點在設備都會有唯一的端點號，這個端點號是設計設備時給定的。

端點號：一個設備最多可以包含16個端點，端點號為0-15。（每個USB設備必須要有端點0）

方向：其中每個端點地址對應一個方向。（端點0是雙向的，既可以給主機發送數據，也可以從主機接收數據）

屬性：一個具體的端點只能工作在一種傳輸模式下。例如：控制端點、批量端點、中斷端點、等時端點。（控制端點0，作為對設備枚舉和對設備進行基本的控制功能）

控制端點：低速模式下，固定最大包長為8字節；全速模式下，可選8、16、32、64字節為最大包長；高速模式下，固定最大包長為64字節。

等時端點：低速模式下，不支持等時傳輸；全速模式下，最大包長上限為1023字節；高速模式下，最大包長上限為1024字節；。

中斷端點：低速模式下，最大包長上限為8字節；全速模式下，最大包長上限為64字節；高速模式下，最大包長上限為1024字節。

批量端點：低速模式下，不支持批量傳輸；全速模式下，可選8、16、32、64字節為最大包長；高速模式下，固定最大包長為512字節。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的USB数据传输的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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