USB协议详解第7讲（补充-USB帧和微帧剖析）

1.概念

（1）USB2.0帧和微帧属于物理层时间基准的概念，低速和全速下每个帧时长为1ms，高速下每个帧又分为8个微帧，即每个微帧时长为125us。

（2）USB主机和设备控制器同步后，每个微帧起始点开始传输数据，如果没有数据，则SOF包发送完毕之后，总线进入空闲状态，一会下面看解析图。

（3）每一个帧（微帧）起始点会先发送一个SOF包（帧起始包），它以广播的形式发送，所有USB全速设备和高速设备都可以接收到SOF包。帧起始包之后可以是输出（OUT）、输入（IN）、建立（SETUP）等令牌包（核心：令牌包一定是主机发送的，后续详解），在令牌包中指定数据包去向或者来源的设备地址和端点(Endpoint)，从而保证了只有一个设备对被广播的数据包/令牌包作出响应。

（4）再次强调，USB全速设备1ms产生一个帧，而高速设备每125us产生一个微帧。

下面我们来看看全速USB传输帧和高速USB传输微帧的解析图：

2.全速USB传输（帧）

全速USB传输每一个帧为1ms。首先我们看上一帧，首先会发送一个SOF包（帧起始包），此时USB主机检测到总线没有事务可以传输，则总线进入idel（空闲状态），这里的空闲时间996.917us，我们其实可以计算发送一个SOF包的总线有效带宽时间（1000us-996.917us），大概3us左右，大家可能会问，为什么是3us，那就给大家详细计算下。

为什么是3us，因为全速USB 12Mhz的时钟频率，SOF包长度为4字节（同步 1字节+SOF 1字节+Frame域和CRC域 2字节），4*8 = 32bit，传输时间 = 1/12M*32 + 250[EOP] = 83.3333ns*32+250ns = 2916ns = 3us，EOP是end of packet占用的时间，过瘾吧，提示大家下，包后面会详细讲解。

帧而复始，一直会这样一帧帧下去，主机就是用这种方式和各个设备数据传输的。

3.高速USB传输（微帧）

高速USB传输每一个微帧为125us，含义其实和上面的一样。首先我们看上一帧，首先会发送一个SOF包（帧起始包），此时USB主机检测到总线没有事务可以传输，则总线进入idel（空闲状态），这里的空闲时间124.804us，我们其实可以计算高速传输协议下发送一个SOF包的总线有效带宽时间（125us - 124.804us），大概0.2us左右，大家可能会问，为什么是0.2us，我只想告诉大家，高速USB传输的时钟为480Mhz，如果看到这里还不知道请百度下。

紧接着我们看下一帧，同样的首先会发送一个SOF包（帧起始包），等了17.4us后，可能有事务了，紧接着USB主机会发送一个SETUP令牌包，也就是请求哪个设备哪个端点进行传输，紧接着两个事务传输完成。我们这里一定要注意，第二个事务传输完毕之后，主机检测到没有事务了，总线同样会进入空闲状态，这里空闲了98.704us，大家自行计算。

微帧而复始，一直会这样一帧帧下去，主机就是用这种方式和各个设备数据传输的。