USB 系統拓撲結構

1、系統拓撲結構(最多127個設備)
一個 USB HOST 最多可以同時支持 128 個地址，地址 0 作為默認地址，只在設備枚舉期間臨時用，而不能被分配給任何一個設備，因此一個 USB HOST 最多可以同時支持 127 個地址，如果一個設備只占用一個地址，那么可最多支持 127 個 USB 設備。在實際的 USB 體系中，如果要連接 127 個USB設備，必須要使用 USB HUB，而 USB HUB 也是需要占用地址的，所以實際可支持的 USB 功能設備的數量將小于 127。

2、USB主控制器負責處理主機與設備之間的電氣和協議層的互聯。
常見的USB控制的類型：
UHCI：大多是Intel和Via主板上的USB控制器芯片。都是USB1.1規格。
UHCI：大多是Intel和Via主板上的USB控制器芯片。都是USB1.1規格。
EHCI：是由Intel等幾個廠商研發，兼容OHCI\UHCI，遵循USB2.0規范，同時兼容USB1.1。

3、每個USB Host控制器都會自帶一個USB HUB，被稱為根(Root)HUB。這個Hub可以接子HUB, 每子HUB上可以掛載多個USB設備。當USB設備拔插HUB，會發出電氣信號（HUB內部D+\D-引腳1.5K下拉，設備為1.5K上拉，接入之后HUB內部D+\D-被拉高從而通知USB控制器）

USB設備邏輯結構

1、在USB設備的邏輯組織中，包含設備、配置、接口和端點4個層次。設備通常會有一個或多個配置，配置通常有一個或多個接口，接口或零或多個端點。

2、配置、接口、端點。
配置：體現出來是一種功能的集合。不同的配置市設備表現出不同的功能組合。在探測、連接期間需從其中選定一個。

接口：體現出來就是一種功能。而配置由多個接口（功能）組成，接口由多個端點組成，代表一個基本的功能。是USB設備驅動程序控制的對象。一個功能復雜的USB設備可以具有多個接口，而接口是端點的匯集。

端點：基本的通信單位，除了端點0之外是雙向通訊，其它都是單向通信。可以理解為數據緩沖區。是USB設備中唯一可尋址的部分。它是位于USB設備或主機上的一個數據緩沖區，用來存放和發送USB的各種數據。主機和設備的通信最終作用于設備上的各個端點，它是主機和設備間通信流的一個邏輯終端。

3、地址、端點號

每個USB設備有一個唯一的地址、這個地址是在設備連上主機時，由主機分配給USB設備（整個主機范圍，對應具體的USB設備，會寫入USB設備）。而設備中的每個端點在設備內部有唯一的端點號，這個端點號是在設計設備時固定的（整個設備范圍，對應具體端口）。

每個端點都是一個簡單的連接點，支持數據流進或流出設備，兩者不可兼得，即單向通信。

4、基于Pnp機制，設備被枚舉時，它必須告訴主機此設備有幾個端點，每個端點的特性，包括端口號、通信方向、端點支持的最大包大小（又稱數據有效負載）、數據帶寬要求等。每個設備必須有端點0，用于設備枚舉和對設備進行一些基本的控制功能，即主機一開始與USB設備通訊時都會直接訪問端點0（約定），其余的端點在設備配置（通過端點0）之前無法與主機通信（因為主機不知道端點的特性），只有通過端點0將這些端點特性告訴主機之后，主機才知道如何使用這些端點，這些端點才算被激活使用。

USB描述符

1、當我們把USB設備（如USB鼠標）接入到我們PC時，PC能夠自動識別出我們的USB設備類型。這是因為USB主機檢測到USB設備接入之后會主動通過USB設備的端點0取獲取一組固定格式的數據，該數據包含了USB的類型、生產廠商等信息。這組固定格式的數據就稱之為USB描述符。

2、標準的USB設備有5種USB設備描述符

a)設備描述符：

一個USB設備只能有一個設備描述符，但可包含多個配置描述符。

長度為18個字節。Table 9-8（262（290/650）頁）。

b)配置描述符：

描述此設備都有哪些功能集合。一個配置描述符可以包含多個接口描述符。

長度為8個字節。Table 9-10（265 (293 / 650) 頁）。

c)接口描述符：

描述一個具體的功能，該功能需要與主機通訊都要使用端點。

長度為8個字節。Table 9-12（268 (296 / 650) 頁）。

d)端點描述符：

一個接口描述符使用了多少個端點就有多少個端點描述符。

長度為7個字節。 Table 9-13（269 (297 / 650) 頁）。

e)字符串描述符：

用于設備、配置、接口描述符需要加入字符串信息（如廠家名稱）的時候，可以使用此描述符，設備、配置、接口通過索引的方式找到指定的字符串描述符。

   

    參考：Universal+Serial+Bus+Specification+v2[1].0((USB+2.0).pdf

USB設備枚舉

1、USB設備在正常工作以前，第一件事要做的事就是枚舉。枚舉是讓HOST認得這個USB設備，并且為該設備準備好資源，如分配好地址、得到該設備所有端點特性。建立好主機和設備之間的數據傳遞機制。

2、USB標準的8個枚舉步驟

a)獲取設備描述符

b)復位

c)設置地址

d)再次獲取設備描述符

e)獲取配置描述符

f)獲取接口、端點描述符

g)獲取字符串描述符

h)選擇設備配置   

   

3、獲取設備描述符的數據包分析

第一個事務->請求包：

Packet1：Host發送一個SETUP命令，表示即將發送請求包

Packet2：Host發送了一個請求包，請求設備將其設備描述符發送過來

Packet3：Device 回送一個ACK 響應包，表示已經收到請求。

    第二事務->拿到設備描述符-描述信息

    Packet1：Host發送獲取數據的命令給 Devices。

    Packet2：Devices 發送數據給 Host

    Packet3：Host 返回一個ACK表示Host收到的數據。

4、USB鼠標的整個枚舉和通信的流程

鼠標是通過中斷傳輸方式：（這里的中斷并不是指硬件中斷，只是一種USB的傳輸方式）

鼠標是通過中斷傳輸方式：（這里的中斷并不是指硬件中斷，只是一種USB的傳輸方式）