簡單了解USB通信協(xié)議

一、拓撲結(jié)構(gòu)

在一個USB 通信系統(tǒng)中，只能有一個主機存在，USB通信只存在于主機和設(shè)備之間 ，每次通信都必須由主機發(fā)起 ，而設(shè)備和設(shè)備之間無法通信。如圖1，USB系統(tǒng)是一個分層的星型拓撲結(jié)構(gòu)，可以使用hub來擴展設(shè)備。

圖1

二、邏輯部件

如圖2， 在設(shè)備端的通信傳輸最終呈現(xiàn)在端點上， 端點在物理上就是一塊特殊的內(nèi)存區(qū)域 ，它特殊就特殊在：既可以被CPU訪問（也就是通過寫程序用地址訪問），也 可以被USB硬件引擎訪問（ 因此稱之為 硬件緩沖區(qū)）。 最底層通信管道就是在設(shè)備的端點和主機應(yīng)用程序的緩存之間進行。

圖2

三、電氣特性

使用差分線傳輸， 差分線上的信號不是原始數(shù)據(jù)，是經(jīng)過了NRZI編碼的 （關(guān)于NRZI編碼此處不展開了，很簡單的編碼，網(wǎng)上也有非常多的資料） ，并且還加了位填充 （防止長時間電平不變化不利于信號接收的同步）

四、插入檢測機制

主機端，差分線D+、D-都做了弱下拉處理。設(shè)備端，會在D+或D-上進行上拉處理，具體的，全速和高速設(shè)備對D+上拉，低速設(shè)備對D-上拉。因此 主機通過判斷差分線的電平來進行插入檢測，任意一根線的電平被拉高說明有設(shè)備插入 。

五、描述符

描述符就是設(shè)備記錄自己的信息， 在程序中以結(jié)構(gòu)體作為容器進行存儲 。對USB1.1來說，有 設(shè)備描述符、配置描述符 、接口描述符、端點描述符、字符串描述符。具體細節(jié)不展開

六、枚舉過程

枚舉使用控制傳輸，這里只羅列一下大概的內(nèi)容：

1.設(shè)備插入后，主機對設(shè)備復(fù)位。 設(shè)備復(fù)位后地址變?yōu)?，主機使用地址0與其通信 ，獲取設(shè)備描述符的前8個字節(jié)，主機就此得知端點0的最大包長度

2.主機再次對設(shè)備復(fù)位，給設(shè)備分配一個地址。此后訪問該設(shè)備使用分配的地址而不是地址0

3.主機再次獲取設(shè)備描述符，需要獲取設(shè)備描述符的全部字節(jié)

4.主機獲取配置描述符，然后根據(jù)配置描述符中描述的配置集合總長度，獲取配置集合

以上過程參考圖3

圖3

七、傳輸數(shù)據(jù)的層次結(jié)構(gòu)

參考圖4，

1.結(jié)構(gòu)從上到下為Transfer（傳輸） Transaction（事務(wù)） Packet（包）

2.一次傳輸可以包含一個或多個事務(wù) （ 控制傳輸包含三個過程，建立過程和狀態(tài)過程分別是一個事務(wù)，中間的數(shù)據(jù)過程可能包含多個事務(wù) ；其他三種傳輸，批量傳輸、同步傳輸、中斷傳輸，一次傳輸只包含一個事務(wù)）， 一個事務(wù)一般包含兩個或三個包 （令牌包、數(shù)據(jù)包、握手包， 同步傳輸中的事務(wù)沒有握手包 ）

圖4

八、包

包是傳輸?shù)淖罨締卧?/p>

1.包的類型：分為令牌包、數(shù)據(jù)包、握手包，SOF包（表示幀首）屬于令牌包

2.包的組成：參考圖5，

（1）由四個部分組成：SOP, SYNC, Packet Content, EOP；其中SOP SYNC EOP為總線信號

**注意這里的SOP是包起始信號(start of packet)，和SOF包是兩回事(start of frame) **

圖5

（2）包的內(nèi)容即以上Packet Content的展開

一個包可能總共包含五個域，其中 PID域指示了當(dāng)前包的類型 ，如圖6， 不同類型的包其包內(nèi)容包含1到5個域之間 ，此處具體不展開

圖6

3.數(shù)據(jù)包類型的pid切換機制（ data pid toggle ）

數(shù)據(jù)包有4種pid：DATA0、DATA1、DATA2、DATAM。在傳輸數(shù)據(jù)包的過程中，如果發(fā)送或者接收成功，發(fā)生數(shù)據(jù)包類型的pid切換，這是一個傳輸檢錯機制，此處不展開

九、事務(wù)

1.事務(wù)由兩個或三個包組成：令牌包、數(shù)據(jù)包、握手包

2.同步傳輸中的事務(wù)沒有握手包

3.批量傳輸、同步傳輸、中斷傳輸?shù)囊淮蝹鬏斁褪且粋€事務(wù)組成；控制傳輸由三個過程(stage)組成：建立過程和狀態(tài)過程各自為一個事務(wù)，數(shù)據(jù)過程則可能包含多個事務(wù)

十、傳輸

四種類型的傳輸：控制傳輸、批量傳輸、同步傳輸、中斷傳輸

1.控制傳輸：每個USB設(shè)備都必須有控制端點，支持控制傳輸來進行命令和狀態(tài)的傳輸。USB主機驅(qū)動將通過控制傳輸與USB設(shè)備的控制端點通信，完成USB設(shè)備的枚舉和配置

2.批量傳輸：適合大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)珜崟r性沒有嚴格要求的應(yīng)用，如U盤

3.同步傳輸：不做握手，速度快，數(shù)據(jù)易丟失。適合對實時性要求高但可以容忍少量數(shù)據(jù)錯誤的應(yīng)用，如音頻、視頻

4.中斷傳輸：適合數(shù)據(jù)量小、需要周期性通信的應(yīng)用，如鼠標(biāo)、鍵盤

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安泰小課堂發(fā)布于 2022-10-14 10:10:14

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HART通信協(xié)議在現(xiàn)場儀表遠程通信中的實現(xiàn) 　1 HART協(xié)議簡介　　HART(Highway Addressable Remote Transducer)，可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議

2010-02-05 09:31:06

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Modbus通信協(xié)議詳解

關(guān)于Modbus通信協(xié)議的詳解和應(yīng)用分析

2011-10-12 16:54:49

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基于狀態(tài)機的串口通信協(xié)議的設(shè)計與實現(xiàn)

設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于狀態(tài)機的串口通信協(xié)議，并將此協(xié)議應(yīng)用到稱重儀表的上位機通信中。本文介紹了串口通信協(xié)議的數(shù)據(jù)包格式以及其通信狀態(tài)機，并給出了協(xié)議實現(xiàn)的部分示例代

2012-05-08 15:22:27

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基于STM32處理器和PC主機的USB通信協(xié)議的實現(xiàn)

基于STM32處理器和PC主機的USB通信協(xié)議的實現(xiàn)。

2015-11-09 17:49:43

Modbus通信協(xié)議教程

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2015-12-08 14:14:31

SCPI通信協(xié)議

SCPI通信協(xié)議。

2016-05-04 17:54:42

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ModBus通信協(xié)議及編程

ModBus通信協(xié)議及編程。

2016-05-11 16:40:55

MiniIMU通信協(xié)議說明

MiniIMU通信協(xié)議說明，九軸姿態(tài)傳感器所用。

2016-05-16 17:38:41

ModBus通信協(xié)議及編程_朱小襄

2017-03-21 20:01:59

一個簡單的串口通信協(xié)議

串行通信接口（RS232）是計算機標(biāo)準(zhǔn)配置的通信接口，利用串口進行數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)采集等是計算機的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。建立在串口之上的數(shù)據(jù)傳輸可以根據(jù)具體的實際情況構(gòu)建自己的數(shù)據(jù)交換規(guī)則，即通信協(xié)議

2018-01-15 09:40:22

物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的各種通信協(xié)議的功能了解

了解物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的各種通信協(xié)議的功能。

2018-11-13 06:51:00

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物聯(lián)網(wǎng)的七大通信協(xié)議你都了解嗎

在物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議中，一般分為兩大類，一類是傳輸協(xié)議，一類是通信協(xié)議。

2020-03-21 21:22:55

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CAN總線通信協(xié)議

CAN總線通信協(xié)議詳細如下。

2021-04-19 16:54:38

如何3分鐘理解通信協(xié)議系列

理清楚各種通信協(xié)議，讓大家遠離各種繁雜無用的文檔，更短的時間更高效的獲取到好知識。來硬聲APP，了解更多行業(yè)知識視頻，識別下方二維碼即可下載↓↓↓ ” 硬聲，是中國廣受歡迎的電子發(fā)燒友網(wǎng)推出的一款電子行業(yè)原創(chuàng)短視頻分享和社交平

2021-11-21 09:22:24

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基于STM32之UART串口通信協(xié)議（一）詳解

2021-11-30 14:36:06

一個簡單的基礎(chǔ)通信協(xié)議的設(shè)計與實現(xiàn)

一個簡單的基礎(chǔ)通信協(xié)議的設(shè)計與實現(xiàn)一種常見的通信協(xié)議格式搭建串口收發(fā)環(huán)境配置STM32CubeMX添加USART部分代碼通信協(xié)議的實現(xiàn)不同設(shè)備之間的通信，都需要設(shè)計自己的通信協(xié)議。為了保證設(shè)備與設(shè)備

2021-12-14 18:38:49

SPI通信協(xié)議講解

2021-12-22 19:19:30

MODBUS通信協(xié)議學(xué)習(xí)（一）：協(xié)議簡介

2022-01-14 13:24:26

i2c和spi通信協(xié)議的概念與區(qū)別 I2C/SPI總線通信協(xié)議你搞懂沒有

? 通信協(xié)議 同步VS異步、串行VS并行有什么區(qū)別？ 通信協(xié)議是個基本功，哪里都用的到。但是一般也很少人能很自信說自己完全弄懂了某個通信協(xié)議。很多時候我們用到的只是協(xié)議的一部分。硬件工程師成長

2022-06-23 17:19:14

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通信協(xié)議的基本概念

通信協(xié)議不難理解，就是兩個（或多個）設(shè)備之間進行通信，必須要遵循的一種協(xié)議。

2022-08-26 09:52:59

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USB通信協(xié)議

，擴展能力差，熱拔插不支持等。USB正是為了解決速度，擴展能力，易用性等而出現(xiàn)的，本文闡述了usb 協(xié)議的特點及其四種傳輸模式。 1. usb的特點 ? USB 接口有4根線，兩根電源及兩根信號

2022-11-25 01:35:23

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通信協(xié)議中的HTTP、TCP、UDP你了解多少（上）

TCP HTTP UDP: 都是通信協(xié)議，也就是通信時所遵守的規(guī)則，只有雙方按照這個規(guī)則“說話”，對方才能理解或為之服務(wù)。

2023-02-13 14:19:52

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通信協(xié)議的概念

通信協(xié)議是指在通信過程中，為了使得不同設(shè)備之間進行有效的數(shù)據(jù)交換，所約定的一整套規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)。通信協(xié)議中定義了通信雙方的接口、數(shù)據(jù)格式、傳輸速率、傳輸控制和數(shù)據(jù)處理等細節(jié)，從而確保了通信的正確性和可靠性。

2023-05-06 14:32:05

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通信協(xié)議內(nèi)容與功能

通信協(xié)議不難理解，就是兩個（或多個）設(shè)備之間進行通信，必須要遵循的一種協(xié)議。通信協(xié)議是指雙方實體完成通信或服務(wù)所必須遵循的規(guī)則和約定。通過通信信道和設(shè)備互連起來的多個不同地理位置的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，

2023-05-06 14:43:03

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通信協(xié)議的作用

簡單點理解，通信協(xié)議就是設(shè)備與設(shè)備之間進行溝通的語言。不同類型的設(shè)備，有不同的語言體系，就像我們?nèi)祟悾兄形模⑽囊粯樱罱K目的都是為了溝通，相互之間進行信息交換。

2023-05-06 14:48:09

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通信協(xié)議的特點

通信協(xié)議的種類和特點目前常見的通信協(xié)議主要有：NetBEUI、IPX/SPX、NWLink、TCP/IP，在這幾種協(xié)議中用得最多、最為復(fù)雜的當(dāng)然還是TCP/IP協(xié)議，最為簡單的是NetBEUI協(xié)議，它簡單得不需要任何設(shè)置即可成功配置。

2023-05-06 14:57:37

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