USB 数据流(令牌、数据、握手)

USB总线上传递的数据流是USB主机和USB设备通讯的基础。
USB数据流包括3个阶段：

• 令牌阶段 ：定义了本次传输的类型，表示一次传输的开始。令牌阶段由同步字段，令牌包和EOP组成。
• 数据阶段 ：包括了本次传输的数据。数据的大小根据端点大小和传输类型决定，一般最大的数据量为1024字节。数据阶段由同步字段，令牌包和EOP组成。
• 握手阶段： 握手阶段用于发送本次数据传输是否成功的报告，由接收方发送。握手阶段由同步字段，握手包和EOP组成。

从以上可以看到，各个阶段都有帧头同步字段和帧尾EOP，是数据传输的起始和结束，而中间传输的的有效USB数据。

同步字段：

• 对于低速和全速来说，同步字段长为8位，数据为0x80。
• 对于高速来说，同步字段为32位，数据为0x80000000.

包标识PID

包标识PID由8位组成，低4位是类型字段，高4位为低四位的补码。

令牌包

USB协议定义了8种令牌包，分别为：

IN令牌包

IN令牌包格式由8位的包标识字段PID，7位的地址字段ADDR、4位的段点字段和5位的循环字段CRC共24位3字节组成。

• 包标识字段PID：定义了数据传输方向为USB设备到USB主机。
• ADDR字段：指明了USB设备地址。
• ENDP字段：指明了发送数据的端点号。
• CRC字段：用于ADDR字段和ENDP字段进行循环冗余校验。

OUT令牌包

OUT令牌包格式由8位的包标识字段PID，7位的地址字段ADDR、4位的段点字段和5位的循环字段CRC共24位3字节组成。

• 包标识字段PID：定义了数据传输方向为USB主机到USB设备。
• ADDR字段：指明了USB设备地址。
• ENDP字段：指明了接收数据的端点号。
• CRC字段：用于ADDR字段和ENDP字段进行循环冗余校验。

SETUP令牌包

SETUP令牌包格式由8位的包标识字段PID，7位的地址字段ADDR、4位的段点字段和5位的循环字段CRC共24位3字节组成。

• 包标识字段PID：定义了数据传输方向为USB主机到USB设备。
• ADDR字段：指明了USB设备地址。
• ENDP字段：指明了接收数据的端点号。
• CRC字段：用于ADDR字段和ENDP字段进行循环冗余校验。

PING令牌包

PING令牌包格式由8位的包标识字段PID，7位的地址字段ADDR、4位的段点字段和5位的循环字段CRC共24位3字节组成。

• 包标识字段PID：定义了USB设备到USB主机的握手信号传输。
• ADDR字段：指明了USB设备地址。
• ENDP字段：指明了发送握手包的端点号。
• CRC字段：用于ADDR字段和ENDP字段进行循环冗余校验。

SOF令牌包

SOF令牌包包格式由8位的包标识字段PID，11位的帧号字段和5位的循环字段CRC共24位3字节组成。

• 包标识字段PID：定义了数据传输方向为USB主机到USB设备。
• 帧号字段：指明了USB传输的帧号，其11位。
• CRC字段：用于ADDR字段和ENDP字段进行循环冗余校验。

SSPLIT令牌包

在USB规范中，为了提高数据传输效率，可以使用SSPLIT令牌包在USB主机与USB集线器之间使用高速数所传输的同时，同时进行低速或全速的数据传输。
SSPLIT令牌包包括开始SPLIT(SSPLIT)令牌包结速SPLIT(CSPLIT令牌包).
启动令牌包SSPLIT由8位的包标识字段PID，7位的地址字段ADDR，1位的SC字段，7位的PORT字段、1位的 S字段、1位的E字段、2位的ET字段和5位的循环校验字段CRC.

• 包标识字段PID：定义了数据传输方向为USB主机到USB集线器。
• ADDR字段：指明了USB设备地址。
• PORT字段：用于指明USB集线器的端口号。该字段最多指定128个集线器端口。
• S字段：在中断传输和控制情况下，如果S=0表示全速传输，如果为S=1表示低速传输。在块传输和同步传输下，S必须为0.对于同步OUT传输，按下表进行选择

• ET字段：用于指明在高速数据传输中，使用低速、全速数据传输的类型 。

CSPLIT令牌包

结束令牌包CSPLIT的定义格式包含8位的包标识字段PID、7位的地址ADDR、1位的SC字段、7位的PORT字段、1位的S字段、1位的U字段、2位的ET字段和5位的循环校验字段CRC.

• PID字段：定义了数据传输方向为USB主机到USB集线器。
• ADDR字段：指明了USB集线器的设备地址。
• SC字段：该字段固定为“1”， 用于表示结束SPLIT令牌包。
• PORT字段：用于指明USB集线器的端口号。该字段最多可以指定128个USB集线器端口。
• S字段， 含义和S SPLIT令牌包中类似。
• U字段：其值必须为“0”，保留。
• ET字段：用于指明在高速数据传输中，使用的低速/全速数据传输的类型。
  当置ET=00时，表示采用控制传输；
  当置ET=01时，表示采用同步传输；
  当置ET=10时，表示采用块传输：
  当置ET=11时，表示采用中断传输。

PRE令牌包

PRE数据包吸一个8位的PID字段，是低速数据的先导包。在低速数据传输前，必须先发先导包PRE，这样USB集线器才会激活相应的低速数据传输端口。

数据包

数据包是用于传输数据的，由8位的包标识PID，数据字段和16位的循环冗余校验字段CRC组成。

• PID字段：用于指明不同的数据包类型。支持 4 种数据包，分别为： DATAO 、 DATAI 、DATA2 和MDATA。 在介绍的数据触发机制中，使用 DATA0 和 DATA1。而前而的 SPLIT 令牌事务处理则使用DATA0，DATA1和MDATA。对于高速 USB 同步数据传输，一般需要使用全部。
• 数据字段：其中包含了传输的数据。其数据的大小根据数据传输类吧和川户需要而定。根据 USB 协议的规定，对于低速 USB 数据传输， 最大长度为8字节对于全速SB 数据传输，其最大长度为 1023 字节；对于高速 USB 数据传输，数据最大长度为 1024 。
• CR 字段：这里使用 16 位的循环冗余校验来对数据字段进行保护。

握手包

握手包由8位的PID构成，用于数据传输的末位报告本次数据传输的状成。握手包之后使是整个事务处理的结束信号EOP.

USB规范定义了以下几个响应：

1 . ACK 握手包

当 USB 数据传输的接收方正确接收到数据包时，接收方将返回 ACK 握手包。 ACK 握手包表征了一次正确的数据传输，之后才可以进行下一次事务处理。

2 . NAK 握手包

NAK 握手包一般由 USB 功能设备发出。对于困数据传输，表示 USB 设备没有计划向 USB 主机发送数据；对于 OUT 数据传输，表示 USB 设备无法接收 USB 主机发送的数据。

3 . STALL 握手包

STALL 握手包一般由 USB 功能设备发送，表示该 USB 功能设备不支持这个请求，或者无法发送和接收数据。 STALL 握手包分为以下两种情况。。协议 STA LL 握手包：在控制传输中使用。协议 STALL 握手包表明了该 USB 功能设备不支持这个请求协议。。功能 STALL 握手包：表明该 USB 功能设备的相应端点已经停止，而无法完成发送数据或者接收数据的操作。

4 . NYET 握手包

在 SPLIT 令牌包事务处理中，如果 USB 集线器无法正常处理 SPLIT 请求，则 USB 集线器向 USB 主机返回 NYET 握手包。 NYET 握手包一般只发生在高速数据传输过程中。

5 . ERR 握手包

ERR 握手包用于表示总线数据传输发生错误，其一般发生在高速数据传输过程中。