USB 在我们生活中应用非常广泛，但绝大部分工程师都只注重 USB 应用层的开发，很少有人去了解 USB 更底层的一些技术。
USB 网络
USB 物理层网络为分层星型网络：一台主机和若干从设备。
USB 2.0 网络最多可支持 127 个外部节点，由于信号传播的时序限制，允许的最大层数为七个：
- 主机（总线主控器）的一层
- 集线器和设备六层
Hub：集线器，提供了附加的连接点，每个集线器将单个连接点转换为多个连接点，也称为端口。
Func：即 Function 功能，为系统提供了发送或接收数据和控制信息的功能，每个 unc 包含描述设备功能和资源要求的配置信息。
Compound Device：复合设备，是实现多种功能并包括嵌入式集线器的物理程序包。复合设备在主机上看起来像是带有一个或多个不可移动 USB 设备的集线器。
星形网络
对于以主机为中心的开发人员，USB 网络看起来像是星形网络。集线器不会引起任何编程复杂性，并且就程序员而言是透明的。
无论是直接连接到根集线器还是通过中间集线器连接，USB 设备的工作方式都相同。在主/从网络中，所有 USB 设备都可用作可寻址节点，只有主机才能启动网络中的数据传输。
提示：
- 任何 USB 网络中只有一个主机。
- 在第七层中只能启用功能。
- 复合设备占据两层。
USB 传输速率
USB 的传输速率经过一代一代发展，越来越快了，在 2019 年推出的USB 4 传输速率高达 40Gbps。
目前流行的 USB 3.1、 3.2 的传输速率其实已经很高了，对于绝大部分应用，这个速率完全没问题。
早期的 USB 传输速率相对于现在很低，但在那个时候，传输速率其实已经很高了。
（图片来源网络）
USB 通信
USB 是轮询总线，USB 主机在其中启动所有数据交换，数据往返于 USB 设备中的端点。
USB 主机中的客户端将数据存储在缓冲区中，但没有端点。USB 主机和外围 USB 设备具有不同的层，如下图：
层之间的连接是每层之间的逻辑主机设备接口。在逻辑连接之间，使用管道（Pipes）传输数据。
想要理解 USB 通讯（上图结构），需要理解其中每项内容含义。
1.Pipes 管道
包含两种类型的管道：Message pipes（消息管道）和 Stream pipes（流管道）。
消息管道：具有定义的 USB 格式，并且受主机控制。消息管道允许数据双向流动，并且仅支持控制传输。
流管道：没有定义的 USB 格式，可以由主机或设备控制。数据流具有预定义的方向，即 IN 或 OUT。流管道支持中断传输，同步传输和批量传输。
2.Transfers 传输
传输包含四种：
- Control Transfers：控制传输
- Interrupt Transfers：中断传输
- Isochronous Transfers：同步传输
- Bulk Transfers：批量传输
控制传输：通常用于设置 USB 设备。他们始终使用 IN / OUT 端点 0。
中断传输：可用于定期发送数据的地方，例如状态更新。
同步传输：传输实时数据，例如音频和视频。它们具有保证的固定带宽，但没有错误检测。
批量传输：可用于在时间不重要的情况下向打印机发送数据。
3.Endpoints 端点
端点可以描述为数据源或接收器，存在于 USB 设备中，可以从 USB 主机接收或等待将其存储在端点上的数据。
端点可作为一种缓冲区，例如，USB 主机的客户端可以将数据发送到端点 1。来自 USB 主机的数据将发送到 OUT 端点 1。准备就绪后，控制器上的程序将立即读取数据。
USB 协议
USB 是轮询总线，主机在其中启动所有数据交换，但 USB 协议主从都要遵从。USB 协议的内容比较复杂，本节从大方面简单描述其中的部分内容。
1.数据传输
管道模型的数据包通常包含：token、 data、 Status（或 handshake）包。
数据包结构包含：Sync、 Data、 EOP。
包可以被认为是数据传输的最小元素，每个数据包以当前传输速率传输整数个字节。数据包以同步模式开始，然后是数据包的数据字节，最后以数据包结束（EOP）信号结束。
所有 USB 数据包模式都首先发送最低有效位。在数据包之前和之后，总线处于空闲状态。
2.描述符
USB 协议中，有很多描述符：设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符、字符串描述符等。
a.设备描述符
设备描述符（USB_DEVICE_DESCRIPTOR）包含了设备的基本信息：
b.配置描述符
一个设备可以具有多种配置。主机可以选择最符合应用程序软件要求的配置。
c.接口描述符
接口描述符（USB_INTERFACE_DESCRIPTOR）是定义端点的集合，该接口支持适用于特定任务的一组管道。每个配置可以具有多个接口，USB 主机可以动态选择该接口。
d.端点描述符
端点描述符（USB_ENDPOINT_DESCRIPTOR）指定为每个端点的传输类型，方向，轮询间隔，以及最大分组大小等。
本文就分享到这里，更多想信息请到 USB 网站查看。
END
来源：嵌入式专栏
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