USB学习笔记--USB枚举过程

前言：最近这段时间在学USB的知识，看的是<<圈圈教你玩USB>>,本想买个USB芯片跟着敲代码，发现时间太久了，芯片没得买(飞利浦的PDIUSBD12），于是就拆解了一个USB接口（全速设备），通过逻辑分析仪抓取的数据（D+,D-）来分析和学习，以下也是自己的个人见解，如有不对，望指出，希望大家多多讨论！

进入正题，首先从插入机制来讲，USB设备插入之后，端口是怎么检测到有设备插入的，分成硬件和软件；首先硬件上面，在端口的D+和D-有15KΩ下拉接到地，在USB设备的D+或D-上面（低速在D-,全速高速在D+）有1.5KΩ的上拉电阻接到3.3V的电源，当USB设备插入到端口，接了上拉电阻的数据线和15KΩ的电阻分压，端口大概是3V左右的电压，对于端口来讲是一个高电平，从而检测到有设备插入；

那么在USB设备插入这个过程中发生了什么，以及端口是怎么判断是什么设备插入的，带着这两个问题，我用逻辑分析仪抓出了USB插入过程中的数据；
在这之前，我们需要先了解一下USB总线的包的结构和传输的类型；
一丶USB包的结构
首先USB是串行总线，是一位一位传输的，低位在前，高位在后；
所有的USB数据包的格式是同步域（SYNC）开始,包标识符（PID），最后以结束符（EOP）结束；中间穿插其他的数据;就是一个SETUP令牌包的数据

1.同步域（SYNC），下面的图片是一个全速设备的的数据，SYNC波形有7次电平的反转，最后一次1没有反转，当端口检测到有电平没有发生反转时，就认为PID开始了

2.包标识符（PID）,是用来描述一个数据包的类型的，有四种类型，分别是令牌包，数据包，握手包和特殊包,一个PID总共8位；USB协议使用的是0-3位，4-7是取反的用来校验PID的，例如下图的PID的位[3-0]是1101则是一个SETUP包,[7-4]则是0010用来校验;这其中的PID类型就之后再说

SYNC = 0X01; PID SETUP = 0X2D Address = 0x00; Endpoint = 0x00; CRC = 0X02;EOP;
3.**包结束符（EOP）**因为USB是使用差分信号传输，所以在普通的数据传输时D+和D-的信号是相反的，而EOP则是两个数据位宽的低电平，一般是包结束或者复位信号

二丶USB的传输类型
1.控制传输：
主要用在连接设备时对设备的枚举
2.中断传输：
延迟要求严格，小数据量的传输，键盘，鼠标
单向传输，HOST固定间隔时间查询中断端点，有数据则返回数据或者发送数据，否则返回NAK，表示未准备好。
3.批量传输：
对时延要求宽松，大数据量的传输，U盘
4.同步传输：
用于对可靠性要求不高的实时数据传输，如摄像头、USB 音响等

三丶设备枚举过程
了解了基本的包数据结构和传输方式后，就可以开始分析USB插入过程的数据了！在USB设备插入后，USB主机就要开始对USB设备进行枚举，就是主机需要获取USB设备的各种信息来判断这是个什么设备，怎样进行通信，加载合适的驱动程序等等；在这里就不得不提控制传输了，整个枚举过程中都是用控制传输的；
控制传输分成3个过程，建立过程，数据过程，状态过程

上图就是建立过程的数据，由主机发起，始于一个SETUP令牌包，后跟一个DATA0数据包，然后就是数据过程，分成读写两种，如果制定了数据长度为0,则直接到状态过程；状态过程与数据过程的方向相反，例如主机发送数据到设备，则设备在状态过程返回给主机；上图中就是往地址为0的设备的端点0发送获取设备描述符的请求，

下面介绍枚举的详细过程：
1.主机首先是对设备复位；2.主机发送获取设备描述符
的标准请求，有的设备端点0不足18字节大小，此时主机也只发送一次输入请求，端点0的大小在设备描述符的第8字节处，我们这里端点0的大小是64字节（标准的设备描述符有18字节）；3.主机确认无误，就会返回一个0长度的确认数据包。接下来就是设置地址阶段。
2.主机再进行一次复位，往地址为0的设备的端点0发送设置地址的请求，新的设备地址在建立过程的数据包中，具体的地址由主机随机分配；USB设备收到建立过程后，直接进入状态过程，设置地址阶段没有数据过程，设备等待主机请求状态返回；
收到令牌包后，设备返回0长度数据包；

如果主机确认收到，发送ACK给设备；

设备收到后使用新的地址；

可以看到下一次的SETUP过程，设备已经使用了0X21这个新地址;
3.此时主机再次往设备发送获取设备描述符的请求，这次跟第一次的不同在于这次需要获取18字节的设备描述符，如果端点0大小不足18字节，主机则会多次请求，即多次PID IN;
4主机获取配置描述符，下图是配置描述符的结构
5.如果有字符串描述符，还会获取字符串描述符，另外像HID设备还有报告描述符（我这里拆的就是鼠标的所以也会有报告描述符）；
至此USB枚举完成

USB学习笔记--USB枚举过程相关推荐

USB学习笔记（4）STM32关于USB库的解读
USB学习笔记(4)STM32关于USB库的解读为了方便在STM32上实现USB功能,本文对USB库的文件进行解读. USB-FS_Device peripheral interface(外围接口) ...
USB学习笔记（2）USB协议
USB学习笔记(2)USB协议本文对前面提到的USB枚举过程中的标准请求以及各种描述符做出大致解释,方便后面的实操. 1. USB标准请求 USB协议定义了一个8字节的标准设备请求,主要用在设备的枚 ...
USB学习笔记（3）HID应用分析
USB学习笔记(3)HID应用分析本文根据前面对USB系统的了解,和USB协议的学习,列出鼠标,键盘,多媒体控制器,自定义HID设备等HID设备的各种描述符. 前景提要:每个设备有且仅有一个设备描述 ...
USB学习笔记（5）STM32 USB库移植步骤
USB学习笔记(5)STM32 USB库移植步骤本文是将官网的USB驱动库文件移植到自己的工程里面,实现USB功能的具体移植步骤说明,实现Custom_HID功能. 1.先准备一个工程模板获取工程 ...
Hadoop学习笔记—10.Shuffle过程那点事儿
Hadoop学习笔记-10.Shuffle过程那点事儿一.回顾Reduce阶段三大步骤在第四篇博文<初识MapReduce>中,我们认识了MapReduce的八大步骤,其中在Reduc ...
5G/NR 学习笔记 - RAR随机接入过程
5G/NR 学习笔记 - RAR随机接入过程随机接入的目的在小区搜索过程之后,UE已经与小区取得了下行同步,因此UE能够接收下行数据.但UE只有与小区取得上行同步,才能进行上行传输.UE通过随机接 ...
强化学习学习笔记——马尔可夫决策过程（二）
强化学习学习笔记--马尔可夫决策过程(二) 马尔科夫奖励过程(Markov Reword Process,MRP) 爱学习的马尔科夫蛙状态值函数(State-Value Function) 马尔科夫 ...
usb mass storage设备枚举过程
8月份从PC开发岗位换到底层嵌入式驱动开发来了.接到的第二个活,是在高通8650平台上实现驻留支持SCSI指令.8650平台是高通推出的EVDO RevB的双核平台,和之前6085相比性能更强,软件结 ...
硬件笔记（5）---- USB学习笔记2
六.USB速度 USB 规范已经为 USB 系统定义了以下四种速度模式: 低速(Low-Speed) .全速(Full-Speed) .高速(Hi-Speed)和超高速(SuperSpeed) . 目 ...
USB学习笔记——OTG功能
USB OTG的工作原理 OTG补充规范对USB 2.0的最重要的扩展是其更具节能性的电源管理和允许设备以主机和外设两种形式工作.OTG有两种设备类型:两用OTG设备(Dualrole device) ...

USB学习笔记--USB枚举过程

USB学习笔记--USB枚举过程相关推荐

最新文章

热门文章