USB是串行总线,所以数据是一位一位地在数据线上传送的。既然是一位一位地传送,就存在着一个数据位先后的问题。USB使用的是LSB在前的方式,即先出来的是最低位数据,接下来是次低位,最后是最高位(MSB)。一个包,又被分成了很多个域(field),而LSB、MSB就是以域为单位来划分的。
USB总线上传输数据是以包为基本单位的。一个包被分成不同的域。根据不同类型的包,所包含的域是不一样的。但是不同的包有个共同的特点,就是都要以同步域开始,紧跟着一个包标识符PID(Packet Identified),最终以包结束符EOF(End Of Packet)来结束这个包。
同步域是用来告诉USB的串行接口引擎数据要开始传输了,请做好准备。除此之外,同步域还可以用来同步主机端和设备端的数据时钟,因为同步域是以一串0开始的,而0在USB总线上就是被编码为电平翻转,结果就是每个数据位都发生电平变化,这让串行接口引擎很容易就能够恢复出采样时钟信号;对于全速设备和低速设备,同步域使用的是00000001(二进制数,总线上的发送顺序);对于高速设备,同步域使用的是31个0,后面跟1个1(需要注意的是,这是对发送端的要求,接收端解码时,0的个数可以少于这个数)。
包结束符EOF,对于高速设备和全速/低速设备也是不一样的。全速/低速设备的EOF是一个大约为2个数据位宽度的单端0(SE0)信号。SE0的意思就是,D+和D-同时都保持为低电平。由于USB使用的是差分数据线,通常都是一高一低的,而SE0不同,是一种都为低的特殊状态。SE0用来表示一些特殊的意义,例如包结束、复位信号灯。USB集线器对USB设备进行复位的操作,就是通过将总线设置为SE0状态大约10ms来实现的。对于高速设备的EOF,使用故意的位填充错误来表示。那么如何判断一个位填充错误是真的位错误还是包结束呢?这个由CRC校验来判断。如果CRC校验正确,则说明这个位填充错误是EOP;否则,说明传输出错。
包标识符PID是用来标识一个包的类型的。它总共有8位,其中USB协议使用的只有4位(PID0~PID3),另外4位(PID4~PID7)是PID0~PID3的取反,用来校验PID。USB协议规定了4类包,分别是:令牌包(token packet,PID1~0为01)、数据包(data packet,PID1~0为11,)、握手包(handshake packet,PID1~0为10)和特殊包(special packet,PID1~0为00)。不同类的包又分成几种具体的包。
下表是USB2.0协议中规定的各种PID,其中有些是在USB1.1协议中没有的,用*号标出:
PID类型 |
PID名 |
PID[3:0] |
说明 |
令牌类 |
OUT |
0001B |
通知设备将要输出数据 |
IN |
1001B |
通知设备将要输入数据 |
|
SOF |
0101B |
通知设备这是一个帧起始包 |
|
SETUP |
1101B |
通知设备将要开始一个控制传输 |
|
数据类 |
DATA0 |
0011B |
不同类的数据包 |
DATA1 |
1011B |
||
DATA2* |
0111B |
||
MDATA* |
1111B |
||
握手类 |
ACK |
0010B |
确认 |
NACK |
1010B |
不确认 |
|
STALL |
1110B |
挂起 |
|
NYET* |
0110B |
未准备好 |
|
特殊类 |
PRE |
1100B |
前导(这是一个令牌包) |
ERR* |
1100B |
错误(这是一个握手包) |
|
SPLIT* |
1000B |
分裂事务(这是一个令牌包) |
|
PING* |
0100B |
PING测试(这是一个令牌包) |
|
- |
0000B |
保留,未使用 |