### USB协议学习总结
#### 一、USB的基本概念
##### 1.1 位的传输顺序
在USB通信中,数据传输遵循一个特定的规则,即先发送最低有效位(Least Significant Bit, LSB),后发送最高有效位(Most Significant Bit, MSB)。这种传输方式有助于确保数据的完整性,并简化了数据的解析过程。
##### 1.2 包的分类
在USB通信中,所有的数据传输都以“包”为单位进行。不同类型的包具有不同的结构和功能:
- **标记符包**:用于标识后续的数据包类型,例如令牌包可以标识数据包是属于批量传输还是控制传输等。
- **帧开始包**:标识USB总线的一个新帧的开始,用于时间同步。
- **数据包**:包含实际的有效载荷数据。
- **状态包**:通常用于确认数据包是否被正确接收或告知错误状态。
##### 1.3 事务的类型
根据不同的应用场景,USB定义了几种主要的事务类型:
- **批量事务**:主要用于高速数据传输,如文件传输或打印数据。它包括标记符包、数据包和状态包。
- **控制事务**:用于设置或获取USB设备的配置信息。通常包含标记符包和状态包。
- **中断事务**:用于处理USB设备的中断请求,如键盘按键事件。它同样包含标记符包和状态包。
- **同步事务**:主要用于音频流传输等需要精确同步的应用。这类事务包含标记符包和数据包,但没有状态包,以确保数据传输的实时性。
#### 二、USB协议结构
##### 2.1 USB的拓扑结构
USB系统采用一种树形拓扑结构,每个USB主机可以支持多个USB设备通过集线器连接。理论上,一个USB主机可以支持多达127个USB设备。这种结构允许USB设备灵活地添加或移除而无需重启整个系统。
##### 2.2 设备与主机间的通信流程
当一个USB设备连接到主机时,其工作状态会经历以下几个阶段:
1. **连接状态**:当USB设备物理连接到USB总线时,即进入连接状态。
2. **上电状态**:在此状态下,USB总线开始为USB设备供电。
3. **默认状态**:上电后,USB设备进入默认状态,此时它通过默认地址与主机通信。主机通过这一过程获取USB设备的基本信息。
4. **配置状态**:主机根据从USB设备接收到的信息对其进行配置,如分配唯一的地址和其他必要参数。
5. **通讯状态**:配置完成后,USB设备通过分配的地址与主机进行数据交换。
6. **挂起状态**:在没有数据交换的情况下,为了节省能源,USB设备会被置于挂起状态。
### 总结
USB协议作为现代计算机系统中最常用的接口之一,在各种场景下都有着广泛的应用。通过理解USB协议的基本概念、包的类型、事务分类以及设备与主机之间的通信流程,可以更好地掌握如何利用USB接口进行高效的数据交换。无论是对于开发者还是最终用户而言,深入理解这些细节都将是非常有价值的。
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