USB协议-USB的包结构及包的分类

USB是串行总线，所以数据是一位一位地在数据线上传送的。既然是一位一位地传送，就存在着一个数据位先后的问题。USB使用的是LSB在前的方式，即先出来的是最低位数据，接下来是次低位，最后是最高位（MSB）。一个包，又被分成了很多个域（field），而LSB、MSB就是以域为单位来划分的。

USB总线上传输数据是以包为基本单位的。一个包被分成不同的域。根据不同类型的包，所包含的域是不一样的。但是不同的包有个共同的特点，就是都要以同步域开始，紧跟着一个包标识符PID（Packet Identified），最终以包结束符EOF（End Of Packet）来结束这个包。

同步域是用来告诉USB的串行接口引擎数据要开始传输了，请做好准备。除此之外，同步域还可以用来同步主机端和设备端的数据时钟，因为同步域是以一串0开始的，而0在USB总线上就是被编码为电平翻转，结果就是每个数据位都发生电平变化，这让串行接口引擎很容易就能够恢复出采样时钟信号；对于全速设备和低速设备，同步域使用的是00000001（二进制数，总线上的发送顺序）；对于高速设备，同步域使用的是31个0，后面跟1个1（需要注意的是，这是对发送端的要求，接收端解码时，0的个数可以少于这个数）。

包结束符EOF，对于高速设备和全速/低速设备也是不一样的。全速/低速设备的EOF是一个大约为2个数据位宽度的单端0（SE0）信号。SE0的意思就是，D+和D-同时都保持为低电平。由于USB使用的是差分数据线，通常都是一高一低的，而SE0不同，是一种都为低的特殊状态。SE0用来表示一些特殊的意义，例如包结束、复位信号灯。USB集线器对USB设备进行复位的操作，就是通过将总线设置为SE0状态大约10ms来实现的。对于高速设备的EOF，使用故意的位填充错误来表示。那么如何判断一个位填充错误是真的位错误还是包结束呢？这个由CRC校验来判断。如果CRC校验正确，则说明这个位填充错误是EOP；否则，说明传输出错。

包标识符PID是用来标识一个包的类型的。它总共有8位，其中USB协议使用的只有4位（PID0~PID3），另外4位（PID4~PID7）是PID0~PID3的取反，用来校验PID。USB协议规定了4类包，分别是：令牌包（token packet，PID1~0为01）、数据包（data packet，PID1~0为11,）、握手包（handshake packet，PID1~0为10）和特殊包（special packet，PID1~0为00）。不同类的包又分成几种具体的包。

下表是USB2.0协议中规定的各种PID，其中有些是在USB1.1协议中没有的，用*号标出：

PID类型	PID名	PID[3:0]	说明
令牌类	OUT	0001B	通知设备将要输出数据
	IN	1001B	通知设备将要输入数据
	SOF	0101B	通知设备这是一个帧起始包
	SETUP	1101B	通知设备将要开始一个控制传输
数据类	DATA0	0011B	不同类的数据包
	DATA1	1011B
	DATA2*	0111B
	MDATA*	1111B
握手类	ACK	0010B	确认
	NACK	1010B	不确认
	STALL	1110B	挂起
	NYET*	0110B	未准备好
特殊类	PRE	1100B	前导（这是一个令牌包）
	ERR*	1100B	错误（这是一个握手包）
	SPLIT*	1000B	分裂事务（这是一个令牌包）
	PING*	0100B	PING测试（这是一个令牌包）
	-	0000B	保留，未使用