主要介绍几种数据包，本文大量参考了hevry.jon at hotmail.com 的USB2.0资料、FengJungle的USB2.0协议中文版，在此作出感谢！若侵权，请联系我删除。

USB体系

arch

一个 USB 系统中仅有一个 USB 主机；

设备包括 USB 功能设备和USB HUB，最多支持 127 个设备；

USB四种类型传输

此处参考了hevry.jon at hotmail.com 的USB2.0资料，在此作出感谢！若侵权，请联系我删除。

控制传输：主要用于在设备连接时对设备进行枚举以及其他因设备而异的特定操作。

中断传输：用于对延迟要求严格、小量数据的可靠传输，如键盘、游戏手柄等。

注意：中断传输并不意味在传输过程中，设备会先中断 HOST，继而通知 HOST 启动传输。中断传输也是 HOST 发起的传输，采用轮询的方式询问设备是否有数据发送，若有则设备向主机传输数据，否则 NAK 主机

批量传输：用于对延迟要求宽松，大量数据的可靠传输，如 U 盘等。

同步传输：用于对可靠性要求不高的实时数据传输，如摄像头、USB 音响等。

控制传输

控制传输：主要用于在设备连接时对设备进行枚举以及其他因设备而异的特定操作。

控制传输是一种可靠的双向传输，一次控制传输可分为三个阶段。

• 第一阶段为建立阶段，从 HOST 到 Device 的 SETUP 事务传输，这个阶段指定了此次控制传输的请求类型；
• 第二阶段为数据阶段，也有些请求没有数据阶段；
• 第三阶段为状态阶段，通过一次IN/OUT 传输表明请求是否成功完成。

USB 采用**“令牌包” -“数据包” -“握手包”**的传输机制。控制传输的三个阶段，每一个阶段都包括令牌包、数据包、握手包三部分。

控制传输通过控制管道在应用软件和 Device 的控制端点之间进行，控制传输过程中传输的数据是有格式定义的， USB 设备或主机可根据格式定义解析获得的数据含义。其他三种传输类型都没有格式定义。

控制传输对于最大包长度有固定的要求。对于高速设备该值为 64Byte；对于低速设备该值为 8；全速设备可以是 8 或 16 或 32 或 64。

最大包长度表征了一个端点单次接收/发送数据的能力，实际上反应的是该端点对应的Buffer的大小。

当通过一个端点进行数据传输时，若数据的大小超过该端点的最大包长度时，需要将数据拆分成若干个数据包传输，并且要求除最后一个包外，所有的包长度均等于该最大包长度。这也就是说如果一个端点收到/发送了一个长度小于最大包长度的包，即意味着数据传输结束。

中断传输

中断传输：用于对延迟要求严格、小量数据的可靠传输，如键盘、游戏手柄等。

中断传输是一种轮询的传输方式，是一种单向的传输，HOST 通过固定的间隔对中断端点进行查询，若有数据传输或可以接收数据则返回数据或发送数据，否则返回 NAK，表示尚未准备好。

所谓单向传输，并不是说该传输只支持一个方向的传输，而是指在某个端点上的传输仅支持一个方向，或输出，或输入。如果需要在两个方向上进行某种单向传输，需要占用两个端点，分别配置成不同的方向，可以拥有相同的端点编号。

中断端点的轮询间隔由在端点描述符中定义，全速端点的轮询间隔可以是 1~255mS，低速端点为 10~255mS，高速端点为$(2^{interval-1})\times 125uS$，其中 interval 取 1 到 16 之间的值。

批量传输

批量传输：用于对延迟要求宽松，大量数据的可靠传输，如 U 盘等。

批量传输是一种可靠的单向传输，但延迟没有保证，它尽量利用可以利用的带宽来完成传输，适合数据量比较大的传输。

低速 USB 设备不支持批量传输，高速批量端点的最大包长度为 512，全速批量端点的最大包长度可以为 8、16、32、64。 批量传输在访问 USB 总线时，相对其他传输类型具有最低的优先级，USB HOST 总是优先安排其他类型的传输，当总线带宽有富余时才安排批量传输。

高速的批量端点必须支持 PING 操作，向主机报告端点的状态，NYET 表示否定应答，没有准备好接收下一个数据包，ACK 表示肯定应答，已经准备好接收下一个数据包。

同步传输

同步传输：用于对可靠性要求不高的实时数据传输，如摄像头、USB 音响等。

同步传输是一种实时的、不可靠的传输，不支持错误重发机制。

USB数据包

此处参考了hevry.jon at hotmail.com 的USB2.0资料，在此作出感谢！若侵权，请联系我删除。

USB 采用轮询的广播机制传输数据，所有的传输都由主机发起，任何时刻整个 USB 体系内仅允许一个数据包的传输，即不同物理传输线上看到的数据包都是同一被广播的数据包。

USB 采用**“令牌包” -“数据包” -“握手包”**的传输机制。

• 令牌包：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。

• 数据包：USB 总线上数据传输的最小单位，包括 SYNC、数据及 EOP 三个部分。其中数据的格式针对不同的包有不同的格式。但都以 8 位的 PID 开始。PID 指定了数据包的类型（共 16 种）。

  令牌包即指 PID 为 IN/OUT/SETUP 的包。

• 握手包：表示了传输的成功与否

USB数据包格式

这里的数据包包括上面的三种包：令牌包、数据包、握手包

USB 采用小端法字节序，在总线上先传输一个字节的最低有效位，最后传输最高有效位，采用 NRZI 编码，若遇到连续的 6 个 1 要求进行为填充，即插入一个 0。

所有的 USB 包都由 SYNC 开始，高速包的 SYNC 宽度为 32bit，全速/低速包的 SYNC 段度为 8bit。实际接收到的 SYNC 长度由于 USB HUB 的关系，可能会小于该值。

字段名	PID	ADDR	ENDP	DATA (数据包特有，令牌包、握手包没有)	CRC
		FrameNumber(令牌包特有，数据包、握手包没有)
位数	4+4D	7	4	N*8(N=0,1,...,1024)	5或16
		11

• 令牌包有PID、ADDR、ENDP、CRC，没有DATA；
• 数据包有PID、DATA、CRC，没有ADDR和ENDP；
• 握手包只有PID。

• PID：由4位二进制（低4位）+4位校验码（高4位，对低4位的取反）表征了数据包的类型，分为令牌（Token）、数据（Data）、握手（Handshacke）以 及特殊包 4 大类，共 16 种类型的 PID。具体定义见英文协议第 196 页（见下图）。

  握手包包括 ACK，NAK，STALL 以及 NYET 四种，其中 ACK 表示肯定的应答，成功 的数据传输；NAK 表示否定的应答，失败的数据传输，要求重新传输；STALL 表示功能错 误或端点被设置了 STALL 属性；NYET 表示尚未准备好，要求等待。

  

  PID格式

  

  PID Types

数据在 USB 总线上的传输以包为单位，包只能在帧内传输。高速 USB 总线的帧周期为 125uS，全速以及低速 USB 总线的帧周期为 1mS。帧的起始由一个特定的包（SOF 包）表示，帧尾为 EOF。EOF 不是一个包，而是一种电平状态，EOF 期间不允许有数据传输。

控制传输

回忆：控制传输是双向的传输，必须有 IN 和 OUT 两个方向上的特定端点号的控制端点来完成两 个方向上的控制传输。

回忆：每个阶段都有3个包：令牌包、数据包、握手包

建立阶段

主机从 USB 设备获取配置信息，并设置设备的配置值。

建立阶段的数据交换包含了 SETUP 令牌包、紧随其后的 DATA0 数据包以及 ACK 握手包（SETUP 只能使用 DATA0 包， 8 字节）。它的作用是执行一个设置（概念含糊）的数据交换，并定义此控制传输的内容(即： 在 Data Stage 中 IN 或 OUT 的 data 包个数，及发送方向，在 Setup Stage 已经被设定)。

建立阶段USB设备只能返回 ACK 包，或者不返回任何包。

• 建立阶段令牌包：主机-->USB设备
• 建立阶段数据包：主机-->USB设备
• 建立阶段握手包：USB设备-->主机

示例：

从上表中可以看到，ACK的PID是0010B，取反后为1101B。但文档中有这么一句话，“When sent on the USB, the rightmost bit (bit 0) will be sent first.”，再对应PID格式图，实际发出去的数据应该是 (这一位0先发-->)01001011，也就是0x4B啦！所以第三行握手包的ACK的PID写的是0x4B。

控制传输-建立阶段示意

传输阶段

数据过程是可选的。一个数据过程包含一笔或者多笔数据事务。数据过程的第一个数据包必须是 DATA1 包，然后每次正确传输一个数据包就在 DATA0 和 DATA1 之间交替。

根据数据阶段的数据传输的方向，控制传输又可分为 3 种类型：控制写入、控制读取、无数据控制。

control_data_example

• 控制写入（配置 USB 设备）： 是将数据从主机传到设备上，所传的数据即为对 USB 设备的配置信息。

  流程：①主机先送出一个OUT令牌信息包，表示数据要送出去；②紧接着，主机将数据通过 DATA1/DATA0 数据信息包传递至设备。③最后，设备将以下列方式加以响应：当数据已经正确接收时， 设备送出 ACK 令牌信息包；当设备正在忙碌时，设备发出 NAK 握手信息包；当发生了错误时，设备发出 STALL 握手信息包。

  令牌包：主机-->设备；数据包：主机-->设备；握手包：设备-->主机

• 控制读取（读取 USB 描述符）： 是将数据从设备读到主机上，读取的数据是 USB 设备描述符。

  流程：①主机先发送一个 IN 令牌信息包，表示要读数据进来。②然后，设备将数据通过 DATA1/DATA0 数据信息包回传给主机。③最后，主机将以下列的方式加以响应：当数据已经正确接收时， 主机送出 ACK 令牌包；当主机正在忙碌时，发出 NAK 握手包；当发生了错误时，主 机发出 STALL 握手包。

  令牌包：主机-->设备；数据包：设备-->主机；握手包：主机-->设备

• 无数据控制：略

示例：

传输阶段示例

状态阶段

用来表示整个传输的过程已完全结束。通过一次 IN/OUT 传输表明请求是否成功完成。 状态阶段传输的方向必须与数据阶段的方向相反，即原来是 IN 令牌包，这个阶段应为 OUT 令牌包；反之，原来是 OUT 令牌包，这个阶段应为 IN 令牌包。

在状态阶段，对于控制读取（此前主机送出IN令牌包）而言，这时主机会送出 OUT 令牌包，其后，主机再发 0 长度的 DATA1 包，设备也会做出相对应的动作，送 ACK 握手包、NAK 握手包或 STALL 握手包。

在状态阶段，对于控制写入（此前主机送出OUT令牌包）而言，这时主机会送出 IN 令牌包，其后，设备再发 0 长度的 DATA1 包，主机也会做出相对应的动作，送 ACK 握手包、NAK 握手包或 STALL 握手包。

控制传输整个例子