USB协议详解

article/2025/9/21 8:10:23

本博客整理自网络,仅供学习参考,如有侵权,联系删除。邮箱:rom100@163.com

一个transfer(传输)由一个或多个transaction(事务)构成,一个transaction(事务)由一个或多个packet(包)构成,一个packet(包)由一个或多个sync(域)构成。

1.传输数据通信

USB的数据通讯首先是基于传输(transfer)的,传输的类型有:中断传输、批量传输、同步传输、控制传输。

2.事务数据通讯

一次传输由一个或多个事务(transaction)构成,事务可以分为:in事务、out事务、setup事务。

3.包数据通讯

一个事务由一个或多个包(packet)构成,包可分为:令牌包(setup)、数据包(data)、握手包(ack)、特殊包。

4.域数据通讯

一个包由多个域构成,域可分为:同步域(sync)、标识域(pid)、地址域(addr)、端点域(endp)、帧号域(fram)、数据域(data)、校验域(crc)。

USB传输

传输分为四种类型:批量传输、等时(同步)传输、中断传输、控制传输。

1、批量(大容量数据)传输(Bulk Transfers): 非周期性,突发 
大容量数据的通信,数据可以占用任意带宽,并容忍延迟 。如USB打印机、扫描仪、大容量储存设备等。

批量输出事务:
(1)主机先发出一个OUT令牌包(包含设备地址,端点号)。
(2)然后再发送一个DATA包,这时地址和端点匹配的设备就会收下这个数据包,主机切换到接收模式,等待设备返回握手包。
(3)设备解码令牌包,数据包都准确无误,并且有足够的缓冲区来保存数据后就会使用ACK/NYET握手包来应答主机(只有高速模式才有NYET握手包,他表示本次数据成功接收,但是没有能力接收下一次传输),如果没有足够的缓冲区来保存数据,就返回NAC,告诉主机目前没有缓冲区可用,主机会在稍后时间重新该批量传输事务。如果设备检查到数据正确,但端点处于挂起状态,返回STALL。如果检测到有错误(如校验错误,位填充错误),则不做任何响应,让主机等待超时。
批量输入事务:
(1)主机首先发送一个IN令牌包(包含设备地址,端点号)。
(2)主机切换到接收数据状态等待设备返回数据。如果设备检测到错误,不做任何响应,主机等待超时。如果此时有地址和端点匹配的设备,并且没有检测到错误,则该设备作出反应:设备有数据需要返回,就将一个数据包放在总线上;如果没有数据需要返回,设备返回NAK响应主机;如果该端点处于挂起状态,设备返回STALL。如果主机收到设备发送的数据包并解码正确后,使用ACK握手包应答设备。如果主机检测到错误,则不做任何响应,设备会检测到超时。注意:USB协议规定,不允许主机使用NAK来拒绝接收数据包。主机收到NAK,知道设备暂时没有数据返回,主机会在稍后时间重新该批量输入事务。

2、中断传输(Interrupt Transfers): 周期性,低频率。
允许有限延迟的通信 如人机接口设备(HID)中的鼠标、键盘、轨迹球等。
中断传输是一种保证查询频率的传输。中断端点在端点描述符中要报告它的查询间隔,主机会保证在小于这个时间间隔的范围内安排一次传输。

3、等时(同步)传输(Isochronous Transfers): 周期性 。
持续性的传输,用于传输与时效相关的信息,并且在数据中保存时间戳的信息 ,如音频视频设备。


等时(同步)传输用在数据量大、对实时性要求高的场合,如音频设备,视频设备等,这些设备对数据的延迟很敏感。对于音频或视频设备数据的100%正确性要求不高,少量的数据错误是可以容忍的,主要是保证数据不能停顿,所以等时传输是不保证数据100%正确的。当数据错误时,不再重传操作。因此等时传输没有应答包,数据是否正确,由数据的CRC校验来确认。
 

4、控制传输(Control Transfers): 非周期性,突发。
用于命令和状态的传输

控制传输可分为三个过程:(1)建立过程 (2)数据过程(可选) (3)状态过程
特性:  
每个USB设备都必须有控制端点,支持控制传输来进行命令和状态的传输。USB主机驱动将通过控制传输与USB设备的控制端点通信,完成USB设备的枚举和配置 。
方向:  
控制传输是双向的传输,必须有IN和OUT两个方向上的特定端点号的控制端点来完成两个方向上的控制传输 。

USB事物


 

USB包

包的组成:

包的内容:

1、PID:

这里只用(PID0~4),PID4~7是PID0~4的取反,用来校验PID
PID1~0:01 令牌包、11 数据包、10 握手包、00 特殊包

2、地址:

3、帧号:

4、数据:

5、CRC:

Packet分四大类: 命令 (Token) 、Packet 帧首 (Start of Frame) 、Packet 数据 (Data) 、Packet 握手 (Handshake) Packet

不同类型包,以上的组成部件有所不同

1、四种Packet类型之令牌包(Token Packet):
令牌包用来启动一次USB传输。
输出(OUT)令牌包:用来通知设备将要输出一个数据包
输入(IN)令牌包:用来通知设备返回一个数据包
建立(SETUP)令牌包:只用在控制传输中,和输出令牌包作用一样,也是通知设备将要输出一个数据包,两者区别在于:
SETUP令牌包后只使用DATA0数据包,且只能发送到设备的控制端点,并且设备必须要接收,而OUT令牌包没有这些限制

例子:

2、四种Packet类型之SOF Packet
帧起始包:在每帧(或微帧)开始时发送,以广播的形式发送,所有USB全速设备和高速设备都可以接收到SOF包。

 

例子:

0xA5:1010 0101:对应上面PID表可知是帧起始包
3、四种Packet类型之Data Packet

例子:

4、四种Packet类型之Handshake Packet 

例子:

USB 设备枚举及描述符介绍 
当一个USB设备插入主机后,会有以下活动: 

 在USB设备的逻辑组织中,包含设备、配置、接口和端点4个层次。设备通常有一个或多个配置,配置通常有一个或多个接口,接口通常有零个或多个端点。  

 

 

例程分析

我们插上鼠标后后出现如下的信息,我们先来分析第一个传输:

我们看到第一个是控制传输,它包含了4个事物,分别是:1个setup事务,3个in事务,1个out事务,我们先打开setup事务:

 

我们看到这个事务里包含了3个包

第一个包是令牌包,它由主控制器发送给目标设备的0号端口,用于设置目标设备的地址和端口号,我们看到后面两个包都缺省了地址与端口号。在usb系统中,所有的通信都是由主机发出相应的令牌所引起的。

第二个是数据包,由主控器发送给目标设备,其中数据的内容表示:

80:表示要求设备向主机发送信息

06:表示GET_DESCRIPTOR,即设备向主机发送设备描述符

00与01:Word-sized field that varies according to request

00与40:Word-sized field that varies according to request; typically used to pass an index or offset

00:Number of bytes to transfer if there is a:Data stage

总结一下第二个包就是向默认地址0 发送GET_DESCRIPTOR 指令包,请求设备发送设备描述符

第三个是应答包:设备接收到主机发送的数据后会给出应答

接着我们看第一个in事务

 

我们看到这个事务里也有三个包

第一个是in包:由主机发送给设备,表示要设备向主机发送上面请求的设备描述符

第二个是数据包:由设备发送给主机,当然是发送设备描述符,我们来分析一下:

12:表示接下来要求主机向设备发送信息

01:CLEAR_FEATURE、

第三个是应答包,由主机发送给设备

接着我们来看第二个in事务

 

这个事务里依旧是3个包

第一个是in包:由主机发送给设备,表示需要输入

第二个是数据包:由设备发送给主机,我们来解析一下:

6D:表示要求主机发给设备数据

04:Reserved for future use

第三个是主机给设备的应答包

最后来看out事务

第一个是out包:由主机发给设备

第二个是数据包:由主机发给设备,无数据

第三个包是设备给主机的应答包


http://chatgpt.dhexx.cn/article/89iEr4fv.shtml

相关文章

简单说说USB协议(一)

目录 USB是什么 USB协议的传输结构 USB的电气特性 拓扑结构 编码方式 描述符 USB是什么 USB,通用串行总线,是一种计算机与外围设备进行数据交互的通信协议。 任何东西的出现都是有理可循的,在以前计算机刚兴起的时候,要连接…

USB协议介绍

目录 前言 1、概述 1.1 USB协议 1.2 USB充电协议 1.3 USB接口 1.3.1 type-a 1.3.2 Type-C 1.3.3 USB2.0/3.0/3.1/3.2速率 1.3.4 ULPI/UTMI 前言 开始整理USB相关基础概念,仅用于基础介绍、USB概念入门。更深入的内容请参考USB协议手册。部分图文来自参考文…

usb 传输协议

USB,是英文Universal Serial Bus(通用串行总线)、支持设备的即插即用和热插拔功能。在1994年底由英特尔、IBM、Microsoft等公司联合提出的,在此之前PC的接口杂乱,扩展能力差,热拔插不支持等。USB正是为了解…

USB协议(1)USB基础知识

USB(Universal Serial Bus)是通用串行总线的缩写,它是连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准,也是一种输入输出接口的技术规范,被广泛地应用于个人电脑和移动设备等信息通讯产品,并扩展至摄影器材、数…

linux免费的内网穿透

参考:https://www.cpolar.com/blog/how-to-install-cpolar-under-android-termux-hyper-terminal 下载包:https://www.cpolar.com/download 由于我的linux版本是装在安卓手机上的Alpine linux,所以下载的是如下图版本 下载后使用xftp工具上传到服务器&…

钉钉内网穿透 免费内网穿透工具 让你的电脑成为web服务器

什么是内网穿透? 就是让你个人电脑内建立的网站,在外网可以访问,例如你的手机,其他电脑等。 例如你在电脑部署了一个web服务器,你在浏览器访问127.0.0.1可以打开这个网站,但是你用手机访问127.0.0.1却打不…

免费的内网穿透(钉钉)

1.简介 阿里钉钉提供的免费内网穿透,是基于ngrok 的,可以实现 Http 穿透,可以将我们本地服务暴露给外部访问,可以用作我们调试一些回调接口,或者共享一些文件。 优点:网速快,估计是台带宽为100…

免费 内网穿透工具 实测好用

花生壳:已卸载 免费的版本根本不支持http协议,只支持TCP。 星空内网穿透:已卸载 需要注册账号 需要加入QQ群 需要实名认证,填写身份证号 钉钉内网穿透: 没试验,只记录在此 Utools中的内网穿透&#x…

推荐一款真正永久免费的内网穿透

神卓互联内网穿透,是一款真正的永久免费的内网穿透,每月不限流量、访问地址固定不变。 目录 1. 安装神卓互联内网穿透工具 神卓互联内网穿透客户端 控制台-界面清洁-一目了然 2.添加本地web项目-创建映射规则 3.神卓互联-增加通道检测功能&#xff0…

(不打广告)推荐这款永久免费内网穿透软件-神卓互联

内网穿透是一种将内部网络中的应用程序公开到公共网络上的技术。在许多情况下,由于网络安全限制或配置问题,内部网络中的应用程序可能无法通过公共网络访问。这时,内网穿透技术就可以解决这个问题,使得我们可以在没有公共 IP 地址…

内网穿透工具(全免费)

文章目录 前言一、NATAPP是什么?二、使用步骤1.访问官网注册2.客户端下载3 登录,配置参数1 登录,购买免费隧道2 配置参数3 根据authtoken 运行 natapp.exe 4 试试效果 总结 前言 平时开发微信公众号,小程序, 或者给他人演示项目等,难免会遇到需要开通外网的情况,作…

无需设置路由器,无需公网ip 实现永久免费内网穿透

用网云穿在 N1 盒子上实现 Openwrt 的内网穿透 软路由器情况 N1(已经刷入 Armbian) 中使用 docker 创建 Openwrt 容器作为旁路由。 我的内网 ip 信息 内网 IP 因人而异,以下是我自己的设置 Armbian:192.168.123.2 Openwrt:192.168.123.10 思路 N1 的 Armbian 中部…

如何免费使用内网穿透

背景: 疫情期间公司不能上班,工作又不能落下,所以只能选择在家办公~;公司的部分网站是内网的,所以得想办法内网穿透。经过众多对比后选择了小蝴蝶内网穿透! 网址: www.npsvip.com 准备工作&…

永久免费的内网穿透

名称:DPFRP内网穿透 注册赠送30000GB流量,流量用完还可以用! 官网:frpc.cc 官网:fwqcz.com 1.打开官方网,注册账号 2.登录账号 3.个人中心 4.创建隧道 5.下载客户端 6.修改frpc.ini文件 在配置文件页面选择你刚才创建的服务器隧道,复制配…

钉钉免费实现内网穿透

场景: 有时候开发者想把私有电脑作为服务器,需要把开发机电脑上的项目暴露到公网,方便远程访问和调试,这时候就需要使用内网穿透,这里介绍一下阿里巴巴旗下钉钉内网穿透工具的使用 一、下载钉钉穿透工具,官…

【免费内网穿透】公网环境下,Windows系统远程桌面控制树莓派

系列文章 【免费内网穿透】公网环境下,Windows系统远程桌面控制树莓派【无需公网IP】为远程桌面树莓派配置固定的公网TCP端口地址 远程桌面控制树莓派,我们可以用xrdp协议来实现,它内部使用的是windows远程桌面的协议。我们只需要在树莓派上…

【群晖NAS】真·免费内网穿透方案 及踩坑合集

一.介绍 一篇科普贴,帮助那些刚入门NAS的朋友尽量避免踩坑。因为本人实践了其中几种穿透方案,也积攒了一些经验,跟大家分享一下。 在这里想说一句,现在网上充斥着各种《内网穿透方案对比》,可以负责任地说一下&#xf…

永久免费内网穿透不限制速度

市面上的免费内网穿透大都有格式各样的限制,什么限制流量啊,每个月要签到打卡啊,还有更改域名地址等,只有神卓互联内网穿透是永久免费没有限制的,白嫖也可以。 这篇文章分享了3个方案,按照性能和综合指标排…

简单免费内网穿透教程,利用树莓派实现低成本建站 无需公网

很多人都想试试自己建站玩一玩 (比如博客、自建网盘、远程下载等),但家里宽带没公网 IP,特意买台服务器又显得浪费。那么有没成本小、可玩性高、又能长期稳定使用的方案呢? 其实,免费的内网穿透工具 (如网云穿) 树莓派&#xff…

免费内网穿透工具之HTTP穿透

内网穿透工具之HTTP穿透 免费的内网穿透工具 首先在GitHub上面将 项目拉取到本地 git clone https://github.com/open-dingtalk/pierced.git可以看到提供了三种环境下的内网穿透 启动工具,执行命令“./ding -config./ding.cfg -subdomain域名前缀 端口”&#xf…