USB的資料格式概述

2021-06-20 01:02:33 字數 3401 閱讀 2403

和其他的一樣,usb資料是由二進位制數字串構成的,首先數字串構成域(有七種),域再構成包,包再構成事務(in、out、setup),事務最後構成傳輸(中斷傳輸、並行傳輸、批量傳輸和控制傳輸)。下面簡單介紹一下域、包、事務、傳輸,請注意他們之間的關係。

(一)域:是usb資料最小的單位,由若干位組成(至於是多少位由具體的域決定),域可分為七個型別:

1、同步域(sync),八位,值固定為0000 0001,用於本地時鐘與輸入同步

2、標識域(pid),由四位識別符號+四位識別符號反碼構成,表明包的型別和格式,這是乙個很重要的部分,這裡可以計算出,usb的標識碼有16種,具體分類請看問題五。

3、位址域(addr):七位位址,代表了裝置在主機上的位址,位址000 0000被命名為零位址,是任何乙個裝置第一次連線到主機時,在被主機配置、列舉前的預設位址,由此可以知道為什麼乙個usb主機只能接127個裝置的原因。

4、端點域(endp),四位,由此可知乙個usb裝置有的端點數量最大為16個。

5、幀號域(fram),11位,每乙個幀都有乙個特定的幀號,幀號域最大容量0x800,對於同步傳輸有重要意義(同步傳輸為四種傳輸型別之一,請看下面)。

6、資料域(data):長度為0~1023位元組,在不同的傳輸型別中,資料域的長度各不相同,但必須為整數個位元組的長度

7、校驗域(crc):對令牌包和資料報(對於包的分類請看下面)中非pid域進行校驗的一種方法,crc校驗在通訊中應用很泛,是一種很好的校驗方法,至於具體的校驗方法這裡就不多說,請查閱相關資料,只須注意crc碼的除法是模2運算,不同於10進製中的除法。

(二)包:由域構成的包有四種型別,分別是令牌包、資料報、握手包和特殊包,前面三種是重要的包,不同的包的域結構不同,介紹如下

1、令牌包:可分為輸入包、輸出包、設定包和幀起始包(注意這裡的輸入包是用於設定輸入命令的,輸出包是用來設定輸出命令的,而不是放據數的)

其中輸入包、輸出包和設定包的格式都是一樣的:

sync+pid+addr+endp+crc5(五位的校驗碼)

(上面的縮寫解釋請看上面域的介紹,pid碼的具體定義請看問題五)

幀起始包的格式:

sync+pid+11位fram+crc5(五位的校驗碼)

2、資料報:分為data0包和data1包,當usb傳送資料的時候,當一次傳送的資料長度大於相應端點的容量時,就需要把資料報分為好幾個包,分批傳送,data0包和data1包交替傳送,即如果第乙個資料報是data0,那第二個資料報就是data1。但也有例外情況,在同步傳輸中(四類傳輸型別中之一),所有的資料報都是為data0,格式如下:

sync+pid+0~1023位元組+crc16

3、握手包:結構最為簡單的包,格式如下

sync+pid

(注上面每種包都有不同型別的,usb1.1共定義了十種包,具體請見問題五)

(三)事務:分別有in事務、out事務和setup事務三大事務,每一種事務都由令牌包、資料報、握手包三個階段構成,這裡用階段的意思是因為這些包的傳送是有一定的時間先後順序的,事務的三個階段如下:

1、令牌包階段:啟動乙個輸入、輸出或設定的事務

2、資料報階段:按輸入、輸出傳送相應的資料

3、握手包階段:返回資料接收情況,在同步傳輸的in和out事務中沒有這個階段,這是比較特殊的。

事務的三種型別如下(以下按三個階段來說明乙個事務):

1、 in事務:

令牌包階段——主機傳送乙個pid為in的輸入包給裝置,通知裝置要往主機傳送資料;

資料報階段——裝置根據情況會作出三種反應(要注意:資料報階段也不總是傳送資料的,根據傳輸情況還會提前進入握手包階段)

1) 裝置端點正常,裝置往入主機裡面發出資料報(data0與data1交替);

2) 裝置正在忙,無法往主機發出資料報就傳送nak無效包,in事務提前結束,到了下乙個in事務才繼續;

3) 相應裝置端點被禁止,傳送錯誤包stall包,事務也就提前結束了,匯流排進入空閒狀態。

握手包階段——主機正確接收到資料之後就會向裝置傳送ack包。

2、 out事務:

令牌包階段——主機傳送乙個pid為out的輸出包給裝置,通知裝置要接收資料;

資料報階段——比較簡單,就是主機會裝置送資料,data0與data1交替

握手包階段——裝置根據情況會作出三種反應

1)裝置端點接收正確,裝置往入主機返回ack,通知主機可以傳送新的資料,如果資料報發生了crc校驗錯誤,將不返回任何握手資訊;

2) 裝置正在忙,無法往主機發出資料報就傳送nak無效包,通知主機再次傳送資料;

3) 相應裝置端點被禁止,傳送錯誤包stall包,事務提前結束,匯流排直接進入空閒狀態。

3、setut事務:

令牌包階段——主機傳送乙個pid為setup的輸出包給裝置,通知裝置要接收資料;

資料報階段——比較簡單,就是主機會裝置送資料,注意,這裡只有乙個固定為8個位元組的data0包,這8個位元組的內容就是標準的usb裝置請求命令(共有11條,具體請看問題七)

握手包階段——裝置接收到主機的命令資訊後,返回ack,此後匯流排進入空閒狀態,並準備下乙個傳輸(在setup事務後通常是乙個in或out事務構成的傳輸)

(四)傳輸:傳輸由out、in、setup事務其中的事務構成,傳輸有四種型別,中斷傳輸、批量傳輸、同步傳輸、控制傳輸,其中中斷傳輸和批量轉輸的結構一樣,同步傳輸有最簡單的結構,而控制傳輸是最重要的也是最複雜的傳輸。

1、中斷傳輸:由out事務和in事務構成,用於鍵盤、滑鼠等hid裝置的資料傳輸中

2、批量傳輸:由out事務和in事務構成,用於大容量資料傳輸,沒有固定的傳輸速率,也不占用頻寬,當匯流排忙時,usb會優先進行其他型別的資料傳輸,而暫時停止批量轉輸。

3、同步傳輸:由out事務和in事務構成,有兩個特殊地方,第一,在同步傳輸的in和out事務中是沒有返回包階段的;第二,在資料報階段所有的資料報都為data0

4、控制傳輸:最重要的也是最複雜的傳輸,控制傳輸由三個階段構成(初始設定階段、可選資料階段、狀態資訊步驟),每乙個階段可以看成乙個的傳輸,也就是說控制傳輸其實是由三個傳輸構成的,用來於usb裝置初次加接到主機之後,主機通過控制傳輸來交換資訊,裝置位址和讀取裝置的描述符,使得主機識別裝置,並安裝相應的驅動程式,這是每乙個usb開發者都要關心的問題。

1、初始設定步驟:就是乙個由set事務構成的傳輸

2、可選資料步驟:就是乙個由in或out事務構成的傳輸,這個步驟是可選的,要看初始設定步驟有沒有要求讀/寫資料(由set事務的資料報階段傳送的標準請求命令決定)

3、 狀態資訊步驟:顧名思義,這個步驟就是要獲取狀態資訊,由in或out事務構成構成的傳輸,但是要注意這裡的in和out事務和之前的int和out事務有兩點不同:

1) 傳輸方向相反,通常in表示裝置往主機送資料,out表示主機往裝置送資料;在這裡,in表示主機往裝置送資料,而out表示裝置往主機送資料,這是為了和可選資料步驟相結合;

2) 在這個步驟裡,資料報階段的資料報都是0長度的,即sync+pid+crc16

除了以上兩點有區別外,其他的一樣,這裡就不多說

USB資料格式

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