USB协议-USB的描述符及其之间的关系

USB只是一个总线，只提供一个数据通路而已。USB总线驱动程序并不知道一个设备具体如何操作，有哪些行为。具体的一个设备实现什么功能，要由设备自己来决定。那么，USB主机是如何知道一个设备的功能以及行为呢？这就要通过描述符来实现了。描述符中记录了设备的类型、厂商ID和产品ID（通常依靠它们来加载对应的驱动程序）、端点情况、版本号等众多信息。

USB1.1协议定义的标准描述符有设备描述符（Device Descriptor）、配置描述符（Configuration Descriptor）、接口描述符（Interface Descriptor）、端点描述符（Endpoint Descriptor）及字符串描述符（String Descriptor）。USB2.0协议中又增加了两个新的标准描述符：Device Qualifier Descriptor和Other Speed Configuration Descriptor。

一个USB设备只有一个设备描述符。设备描述符里决定了该设备有多少种配置，每种配置都有一个配置描述符；而在每个配置描述符中又定义了该配置有多少个接口，每个接口都有一个接口描述符；在接口描述符里又定义了该接口有多少个端点，每个端点都有一个端点描述符；端点描述符定义了端点的大小、类型等。如果有类特殊描述符，它跟在相应的接口描述符之后。由此可以看出，USB的描述符之间的关系式一层一层的，最上层是设备描述符，接下来是配置描述符，再下来是接口描述符，最下面是端点描述符。

在主机获取描述符时，首先获取设备描述符，接着再获取配置描述符，然后根据配置描述符中的配置集合的总长度，一次将配置描述符、接口描述符、类特殊描述符（如果有）、端点描述符一次读回。对于字符串描述符，是单独获取的。主机通过发送获取字符串描述符的请求以及描述符的索引号、语音ID来获取对应的字符串描述符。

• 设备描述符主要记录的信息有：设备所使用的USB协议版本号、设备类型、端点0的最大包大小、厂商ID（VID）和产品ID（PID）、设备版本号、厂商字符串索引、产品字符串索引、设备序列号索引、可能的配置数等。
• 配置描述符主要记录的信息有：配置所包含的接口数、配置的编号、供电方式、是否支持远程唤醒、电流需求量等。
• 接口描述符主要记录的信息有：接口的编号、接口的端点数、接口所使用的类、子类、协议等。
• 端点描述符主要记录的信息有：端点号及方向、端点的传输类型、最大包长度、查询时间间隔等。
• 字符串描述符主要是提供一些方便人们阅读的信息，它不是必需的。

这里所说的设备，就是一个实实在在的USB设备，例如一个USB鼠标。设备有一个设备地址，USB主机主要依靠这个设备地址来访问设备。而在设备内部还会分得更细。它会分出一些端点来，例如端点0、端点1等。就是说，如果USB主机要和USB设备通信，只有设备地址是不够的，还需要一个端点地址。有了设备地址和端点地址，就能准确地对端点发送和读取数据了。比如你要去8号教学楼的808教师，8号楼就是设备地址，而808教室就是端点地址。而配置和接口，是为了更方便地管理端点而抽象出来的概念。一个设备可以有多个配置，但是同一时刻只能有一个配置有效。每个配置下又可以有多个接口。当我们需要不同的功能时，只要选择不同的配置即可。拿刚才的教学楼来说，我们可以把它分成两个配置：平时上课用和期末考试用。考试用时，全部的教室都拿来作考场（即该配置下只有一个接口，接口下有很多端点——教室）；而平时上课用时，分成两类（即该配置下有两个接口，每个接口下有一些端点——教室）：教室休息室和上课课室。教师休息室和课室是不能共用的（这在USB中也是如此，同一个端点号是不能出现在同一个配置下的两个或多个不同的接口中）。但是平时用来做课室或者休息室的教室，考试时都可以拿来作考场（这在USB中也是如此，同一个端点号可用在不同的配置中）。

具有多个接口并由接口来实现功能的设备叫做USB复合设备，例如一个USB音频设备，它具有一个音频控制接口，另外还可能具有一个到多个音频流或MIDI流接口。在主机端，会把USB复合设备的每个接口当作一个功能设备来看待。常见的USB鼠标、U盘等，通常是单一的设备，即一个设备下只有一个配置描述符、一个接口描述符。

摘录自《圈圈教你玩USB》