原创 USB传输的基本单元--包

USB传输的基本单元---包

    包（Packet）是USB系统中信息传输的基本单元，所有的数据都是经过打包后在总线上传输的。USB系统采用反向不归零（NRZI）编码方式，采用位填充方式（Bit-Stuff）避免同步漂移。

1 包的组成

      USB包由5部分组成，即同步字段（Synchronization Sequence，简称SYNC）、包标识符（PID，Packet Identification）字段、数据字段、CRC校验字段和包结尾（End Of Packet，EOP）。任何类型的USB包都必须以同步字段作为起始，其编码为00000001，字段最后两位是同步字段结束的记号，标志着包标识符的开始；在USB协议中，根据包标识PID的不同，包类型也不同，是USB包的必须组成部分。PID包的长度为8位，其中低四位为包标识类型编码，高4位是对类型字段的每一位求反码产生的自校验码。数据字段用来携带主机与设备之间要传递的信息，其内容和长度根据包标识、传输类型的不同而各不相同，可以包含设备地址、端点号、帧序列号以及数据等内容。USB主机通过唯一的设备地址与总线上的USB设备进行数据传输，地址由bit0~bit6共7位组成，最多可以连接127个设备。USB设备的每个功能部件最多可以支持16个端点号，其中端点0必须被用作控制传输端点。当PID为SOF时，其数据字段必须为11位的帧序列号，帧序列号由USB主机产生，自动加一，最大数值为0x7FF。当PID为DATA0或者DATA1时，可发送0~1023之间任意长度数据。CRC校验字段对数据采用CRC16校验，对USB令牌包采用CRC5校验。

2 包的类型

    这里详细介绍四种类型的包：令牌包、数据包、握手包和专用包。

    令牌包：在USB系统中，所有的事务处理都起始于令牌包，它是由USB主机惟一的发送到总线上的。在数据传输的过程中，由USB主机发出令牌包，指明本次事务处理过程的含义，包括数据的传输方向、数据传输的设备地址和端点号。根据PID的不同，令牌包又分为起始令牌包（SOF）、输入令牌包（IN）、输出令牌包（OUT）和用于控制传输的设置令牌包（Setup）。对于SOF包，数据字段为11位序列号，对于IN/OUT/SETUP令牌包，数据字段由7位设备地址和4位端点号组成。

    数据包：这种包有两种类型，即DATA0和DATA1，其中DATA0标示奇数包，DATA1标示偶数包，这是为了避免因出错而带来的数据重传问题。

    握手包：握手包主要用来报告事务处理过程中接收方的状态，它没有数据字段和CRC字段，只有同步字段和标示符字段来表示传输状态。握手包分为ACK、NAK和STALL。其中ACK表示数据的接收方正确地接收到了数据包，对于输入事务处理，ACK由USB设备返回，而对于输出或者控制传输的设置阶段等事务处理过程，ACK由USB设备返回。NAK表示USB设备不能从USB主机接收数据，主要用于流量控制。这和网络中的NAK是不同的。这里的NAK不是表示出错。NAK智能由下游设备传向上游主机，主机只接收NAK。STALL表示由于USB设备内部问题不能发送或者接收数据，或者不支持某个控制命令。

    前导包：是为了使系统区分全速传输和低速传输而产生的，它的目的是为了提醒USB集线器系统要传输的下一个包是一个低速包。USB1.1支持两种传输速率：12Mb/s和1.5Mb/s。