1、USB總線通信的基本單位是包，包由8位的前導符SYNC域、8位的PID域、數(shù)據(jù)域、CRC域以及EOP（電平信號）組成。

??? 1）SYNC域是為了同步時鐘，當總線上由IDLE狀態(tài)跳變到差分的01010..的SYNC域時，表明一個包的開始。

??? 2）PID域是為了區(qū)分不同的包類型，比如SETUP包、OUT包、IN包等等。

??? 3）數(shù)據(jù)域則根據(jù)不同的包類型來解釋。

??? 4）CRC域是校驗碼。

??? 5）EOP是一種總線信號狀態(tài)，用來表明一個包的結束。

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2、USB的包根據(jù)PID域可以分為3個大類：

??? 1）token（令牌）包，由USB主機發(fā)起。token包又分為IN、OUT、SETUP等。當USB主機發(fā)送一個SETUP包時，表明接下來是一個SETUP事務傳輸。若USB主機發(fā)起的是IN包，表明接下來是一個IN事務傳輸。

??? 2）DATA0包和DATA1包。DATA0和DATA1包可以由USB主機發(fā)起或者是由USB設備發(fā)起，表明這是一個數(shù)據(jù)包。為了同步數(shù)據(jù)包，使用DATA0、DATA1、DATA0...這樣的翻轉包來達到同步。

??? 3）ACK包、NAK包以及STALL包，這些包用來表明之前的數(shù)據(jù)傳輸、控制應答是否正確。這3個包比較特殊，只有SYNC和PID域。

注意，區(qū)分這些包是在包的PID域中區(qū)分的。

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3、USB總線上的設備具有地址的屬性，一個包或者一次事務傳輸，必須支持是USB主機和哪個設備的通信。換句話說，當主機發(fā)起一個SETUP包、DATA0包等，這些包時，哪個設備應該接收數(shù)據(jù)并作出相應呢？

為此，USB定義了事務傳輸，事務傳輸由幾個包組成，而且第一個包必定是USB主機發(fā)起的token包、接著是DATA包、最后是ACK包。其中的token包，就領銜了一次事務傳輸，指出此次事務傳輸是對應哪個設備地址、哪個端點，還指出了此時事務傳輸中的數(shù)據(jù)包應該如何解釋。比如，如果是SETUP的token包領銜的事務，則事務中的DATA包必定是由USB主機發(fā)送的REQUEST數(shù)據(jù)；如果是IN的token包，則表明本次事務中的DATA包必須由USB設備發(fā)送。事務中的ACK/NAK包，則是用于表明本次事務傳輸是否正確。

由此可見，在USB總線上的進行通信時，都是先由USB主機發(fā)起token包，表明參與此次事務的設備和端點；然后不同的token包也指出了是否有DATA包，以及DATA包是由USB主機發(fā)送給USB設備還是由USB設備發(fā)送給USB主機；最后的ACK/NAK包則是應答包，由接收數(shù)據(jù)端發(fā)送。

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4、不同的token包PID指出了不同的事務，不同的事務表明了事務中的DATA包的方向和意義。其中SETUP事務用于USB傳輸控制信息，而OUT、IN事務用于傳輸普通數(shù)據(jù)。

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5、假設本次事務是SETUP事務：

??? 1）USB主機首先在總線上發(fā)送SETUP包，對應的USB設備、端點接收到此SETUP包后，立刻知道，USB主機將會發(fā)送DATA包，并且DATA包中的數(shù)據(jù)應按照USB2.0規(guī)范中規(guī)定的或者其他CDC規(guī)范等規(guī)定的格式解釋。

??? 2）選中的USB設備等待USB主機發(fā)送DATA包。

??? 3）USB主機發(fā)送DATA包（DATA0），注意DATA包中并沒有指出哪個USB設備應該接收此DATA包。但是，之前的SETUP包已經說明了哪個設備、端點應該接收此DATA包。所以，其他的設備、端點忽略此DATA包。

??? 4）選中的USB設備接收到DATA包，返回ACK包（若出錯或者其他非正常情況，返回NAK包）。并按照不同的協(xié)議規(guī)范（USB2.0、USB CDC等規(guī)范）解釋收到的DATA包。通常來說，SETUP事務中的DATA包都是USB Device Request，USB設備根據(jù)不同的Request，或返回描述符，或執(zhí)行狀態(tài)變化，或者...

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6、假設本次事務是OUT事務：

??? 1）USB主機首先發(fā)送OUT的token包，指出了本次事務參與的設備地址和端點號，并說明，接著USB主機要發(fā)一個數(shù)據(jù)包給USB設備。

??? 2）USB主機發(fā)送DATA包（DATA0或者DATA1）。

??? 3）選中的USB設備接收到相應的數(shù)據(jù)包，并依據(jù)情況返回ACK包或者NAK包。

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7、假設本次事務是IN事務：

??? 1）USB主機首先發(fā)送IN的token包，指出了本次事務參與的設備地址和端點號，并說明，選中的USB設備應該發(fā)送數(shù)據(jù)包給主機。

??? 2）選中的USB設備發(fā)送DATA包（DATA0包或者DATA1包）。

??? 3）USB主機根據(jù)情況返回ACK包或者NAK包。

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8、控制傳輸：

控制傳輸由幾個事務組成，分別是SETUP事務、IN/OUT事務、狀態(tài)階段的IN/OUT事務，對應USB2.0規(guī)范中的設置階段、數(shù)據(jù)階段、狀態(tài)階段。

??? 1）設置階段：SETUP事務給出了本次控制傳輸中的USB REQUEST，是GET_DESCRIPOR還是SET_ADDRESS，或者是SET_CODE_LINE等等的REQUEST，這些REQUEST可以是USB2.0規(guī)定的標準REQUEST，也可以是設備類型的（class-specific）的REQUEST，還可以是廠商指定的REQUEST（vendor-specific）。

??? 2）數(shù)據(jù)階段：根據(jù)不同的REQUEST，①或是USB主機發(fā)送DATA包，給出上一步對應的REQUEST的補充信息；②或是USB設備根據(jù)不同的REQUEST，通過發(fā)送DATA包返回數(shù)據(jù)給USB主機（也可以沒有數(shù)據(jù)）

??? 3）狀態(tài)階段：USB主機根據(jù)數(shù)據(jù)階段的方向，發(fā)起OUT或者IN事務。OUT或者IN事務中的DATA包必須是DATA1，而且長度必須是0。

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9、由上面的描述，USB主機和USB設備具備了基本的通信能力，比如USB主機發(fā)送REUQEST、USB設備響應REQUEST、USB發(fā)送數(shù)據(jù)給USB設備、USB設備發(fā)送數(shù)據(jù)給USB主機等等。而且，可以看到，所有的最初事務都是先由USB主機發(fā)起的。如果一個USB設備想要發(fā)送數(shù)據(jù)給USB主機，必須等待USB主機對本設備發(fā)起IN事務時，USB設備才能通過發(fā)送DATA包（即需要發(fā)送的數(shù)據(jù)）來達到發(fā)送數(shù)據(jù)給USB主機的目的。因此，USB主機控制了USB總線的帶寬分配權。

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10、USB總線系統(tǒng)最本質的功能就是提供一種基本的通信方式來連接USB主機和USB設備，使多個USB設備可以同時（宏觀上的同時）和USB主機通信。USB總線系統(tǒng)通過不同的（管道、端點）傳輸類型，來合理安排總線的帶寬，以達到不同的USB設備都可以和USB主機通信。在這種基本的通信能力基礎之上，USB主機向上提供client（主機上運行的、針對特定USB設備的驅動）和USB設備通信的接口。于是，不同的USB主機端client就可以驅動不同的USB設備，使USB設備發(fā)揮特定的功能。

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11、當一個USB設備連接到USB總線上時，USB的hub負責通知USB主機這一變化。在USB主機端，有一個hub driver的程序負責處理這一變化。通常來說，這就是USB的枚舉過程：

??? 1）USB主機給USB設備發(fā)送復位信號。

??? 2）USB設備接收到復位信號之后，其設備地址默認為0。

??? 3）USB主機通過設備地址0、端點0，給USB設備發(fā)送獲取設備描述、配置描述符、接口描述符等等之類的USB REQUEST。

??? 4）USB設備根據(jù)不同的REQUEST，返回特定的描述，以表明自己的身份。

??? 5）USB主機根據(jù)USB設備返回的各種描述符，依據(jù)vendor-ID、product-ID等信息，加載特定的USB驅動，讓特定的USB驅動去和USB設備交互，完成USB設備的初始、配置。

??? 6）特定的USB驅動和USB設備之間的數(shù)據(jù)交換，完成了USB功能。

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12、在加載特定的USB驅動之前，USB主機必須能獲取USB設備的各種描述符，如此才能識別此USB設備，才能決定加載哪個驅動去和這個設備進行交換。所以，USB2.0規(guī)定了幾個標準的REQUEST，要求所有USB2.0設備必須支持。這樣，在USB設備掛接總線時，USB系統(tǒng)可以通過這些標準的REQUEST來認識這個USB設備，再加載特定的驅動去和USB設備進行交換。

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13、在標準的USB2.0?? REQUEST之上，特定類型的USB設備（calss-specific），或者廠商開發(fā)的特殊設備（vender-specific），都可以定義不同的REQUEST，這些REQUEST的格式和標準的USB2.0? REQUEST格式一致，只不過是具體的字段決定了不同的REUQEST。所以REQUEST是一個開放的標準。通過這個開放的REQUEST，就可以開發(fā)出不同的USB設備以及對應的驅動程序，共同組建USB系統(tǒng)。

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14、為了簡化USB開發(fā)，USB協(xié)議還制定了幾種設備類型，比如CDC（Communicatin Device Class）設備，MSD（Mass Storage Device）設備，HID（Human Interface）設備等等，常見的USB轉COM就是CDC設備，USB鼠標和USB鍵盤就是HID設備，還有U盤就是MSD設備。通常某一類型的USB設備具有共同的操作、功能接口，將這些共同的操作、接口抽象出來，就形成了某一類USB設備（比如CDC或者MSD）。在此基礎上，USB為某類USB設備制定了一些規(guī)范，比如CDC設備規(guī)范、MSD設備的規(guī)范，通過這些規(guī)范，在USB2.0 標準REQUEST的基礎上，添加設備類型指定（class-specific）的REQUEST，就可以形成特定功能的USB設備。某一類USB設備，除了支持標準的USB2.0? REQUEST之外，還支持本類型規(guī)定的REQUEST。