自己总结的USB数据结构及其描述符

背景：

　　USB理论知识光看着空想总觉着丢三落四，好像哪里没法理解到位，自己做个总结。

正文：

1、 USB通信的最基本单位是“包”。如果把“包”肢解的话，可以分为各种“域”（7类，即一串二进制数。每类域均有具体的位数规定）。

包有三种：令牌包，数据包，握手包

a)      令牌包：输入包，输出包，设置包，帧起始包。（通俗理解为，主机要求设备做什么）

b)      数据包：Data0 / Data1。

c)      握手包：ACK正确应答包，NAK无效包，STALL延时包。

2、 USB是一个数据传输过程，那么根据传输的的方式不同，人为的可以将他命名为，同步传输，中断传输，批量传输，控制传输四种。这四种传输肯定是由一包一包数据组成。就拿U盘存储用的批量传输举个例子：

主机需要U盘内的一张.jpg图片，过程如下，主机先发个令牌包给设备，告诉设备，把图片准备好，我要来取图片了，然后设备将图片填充到USB的端点buf内，由USB设备芯片打包成数据包发送给主机，主机接收成功后就发一个握手包告诉设备我有没有成功接收，未成功则重新来过。

OK，若是要传一部占用空间的很大.avi格式电影怎么办？USB的端点buf可是大小有限制的，所以就会分批次多次进行以上传输过程，而每次这种过程就又被人为的取了一个名字“事务”，换种说法，即此次传输由多比事务组成。

“事务”也分三种“IN事务”、“OUT事务”、“SETUP事务”。

此处的IN与OUT是站在主机的角度而言。顾名思义，“IN事务”：主机请求设备发送数据给主机。“OUT事务”：主机请求发送数据给设备。

事务介绍完了，继续来说说USB的四种传输方式：

a)      批量传输：

此传输只包含：“IN事务”、“OUT事务”。

传输特点：若总线上有其它传输，其会优先让位带宽给其它位。

b)      中断传输：

此传输亦只包含：“IN事务”、“OUT事务”。

传输特点：此中断非硬件意义上的中断，主机实际上在轮训，当设备状态发送改变，才会发生一次中断，然后主机将状态读走。轮训周期（全速设备：1~255ms， 低速设备：10~255ms）。

c)      同步传输：（只针对全速设备）

此传输亦只包含：“IN事务”、“OUT事务”。但注意的是！该传输的每笔事务内，不会发送握手包，即不纠错。

传输特点：常用于音频流、视频流。且数据包只使用DATA0 发数据。

d)      控制传输：

此传输包含：“IN事务”、“OUT事务”、“SETUP事务”，最复杂的传输，核心在“SETUP事务”。其包含三个步骤：

l  初始设置步骤

由一个“SETUP事务”（令牌包，数据包，握手包）组成。其中数据包（8个字节的DATA0包，分配给5种命令信息bmRequestType、bRequest、wValue、wIndex、wLength）。

l  可选数据步骤

由上一步骤确定是否收发数据，由“IN事务”、“OUT事务”组成。

l  状态信息步骤

由“IN事务”、“OUT事务”组成，注意！此处的IN，OUT是相对于设备而言。其主要是返回设备设置完以后的状态信息吧？（此句暂属联想）

以上既是USB传输的基本数据结构，现在知道了数据是通过何种方式传的，那就该去说道说道这些传输方式里传输的具体内容是什么。USB设备连接上主机后，需要提供一大串信息告诉主机，我能做什么，需要多少USB资源等等，而这一大串信息就保存在USB描述符当中。

3、 标准的USB描述符

描述符其实就是C语言实现的USB数据栈，USB设备基于USB通信协议将其打包发送给USB主机，USB主机再基于USB通信协议对设备上传来的每一包每一位数据进行解析，从而获得USB的详细信息。

暂不论这些USB标识符的具体意义，先了解下设备枚举的过程：

标准的USB描述符有：

l  设备描述符

一个USB设备只能有一个设备描述符，最主要的作用既是报告设备的类别，配置的数量等。

其中包含：设备类别（标准的USB设备类型由此处定义，但有的是基于接口在接口描述符内定义，如HID），USB版本号，端点0的最大报大小，厂商、商品、设备出厂编号，描述厂商、产品、设备的字符串索引（无则写0）。可能的配置数量。

l  配置描述符

一个设备可拥有好几个配置描述符，由于在设备描述符阶段已经规定了设备类别，所以多个配置描述符只能描述同一类别，譬如ISDN就有64KB/s、128KB/s两种配置。选取哪种配置由其内字段“bConfigurationVale”来决定。但一个配置只能有一个配置描述符。

其中包含：配置返回所有描述符大小（设备描述符除外），接口数量，供电模式，最大电流等等。

l  接口描述符

接口是一系列端点的集合，每个接口都有一个唯一的标号，但可多个接口描述符描述同一个接口。USB可通过字段“bAlternateSetting”来切换。其可在配置完成后进行任意切换。就USB例子来说，其只有一个实现MassStorage类的接口，在该接口下使用了批量输入Bulk_IN，批量输出Bulk_OUT2个非0端点来传输文件。

其中包含：接口/备用接口编号，使用端点数（不含端点0），接口类型等等。

l  端点描述符

其内定义了端点属性（输入\输出、传输类型、最大包，主机查询端点时间间隔）。

其作为配置描述符的一部分返回给主机，本身并不能直接被主机访问。

l  字符串描述符

以上4类描述符内均有字符串描述符索引，用于对前面描述符的补充，此即字符串描述符作用。

记录地点：深圳WZ

记录时间：2016年3月10日