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USB中文协议.docx
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USB中文协议
USB协议深入分析
(1)
2009年03月25日星期三09:
54
现在非常流行USB设备,时时刻刻都在我们身边,比如使用U盘,使用MP3,使用手机,都需要与PC的USB通讯。
通过USB的接口,使用我们的生活非常方便了,想什么时候听歌,就可以插入MP3到PC机那里,然后再从PC上下载MP3。
这个过程在用户看来是非常的简单,不需要安装驱动程序,不需要断掉PC机的电源。
真正体现“科技以人为本”的思想。
使用这么方便的U盘或者MP3,那么我们又需要去问个为什么了,为什么会这么方便呢?
往往方便的背后,就意味着需要工程师做大量的工作,才会让大家使用USB这么方便。
下面就来详细地分析USB的协议。
USB通讯是非常复杂的,刚刚协议定义就厚厚的一本,要完全地去看完,并且理解它,是很费时间的事情。
希望本文可以提供给你一个非常好的指导,让你深入地理解USB的协议。
USB的协议是主从协议,在所有通讯里,只有一个主控器,其它都是从设备。
最多能接127个从设备,因为协议里只保留了7bit作为设备地址。
所有的USB数据交流都是由主控器发起,其它从设备进行响应。
现在就以WINDOWS上的USB通讯来学习一下USB的通讯协议,后面所有提到的数据,都是WINDOWS上的USB驱动程序发下来的数据。
为了把所有通讯数据都显示出来,我找到了一个USB的ARM开发板,通过这个开发板,就可以把主控器所有数据打印出来,并作相应的分析。
同时,使用这个开发板,也可以用来调试龙芯的主控器驱动程序的调试。
当USB的开发板加电时,就会先初始化USB的连接,但没有插入PC的连接线,这时开发板就会从串口输出下面的字符:
USBSuspend
USBResume
从上面看到,从设备的USB一直不断地挂起和唤醒,直到插入PC的连接线。
当插入连接线到PC时,就会收到主控器发来的信息。
下面的数据,就是开发板与USB主控器交流的数据。
1. 收到主控器的获取设备描述符配置包。
Setupm=0,n=0,val=37
8006000100004000
这是主控器发来第一个配置包数据。
由于主控器不知道USB设备设备描述符有多长,所以包的最后里的长度是0x0040,也就是64个字节长度。
REQUEST_STANDARD=0x6
USB_DEVICE_DESCRIPTOR_TYPE(0)
根据USB的协议,分析上面的数据,就知道它是获取设备描述符。
为了实现即插即用,就需要对插入来的设备进行获取描述信息,才知道这个USB的设备是什么样的设备,是U盘,还是HID的键盘。
因此,USB设备就返回下面的数据给主控器:
USB_DataInStage,cnt=18,EP0Data.Count=18
1201100100000040008000800001042C4A01
这条数据,就是USB的设备描述符,描述了这个设备使用什么USB的协议版本,这里是1.1的版本,还有厂家标识、产品标识,以及厂家、产品和序列号等字符串的偏移地址。
USB_EVT_IN,USB_DataInStage
USB_DataInStage,cnt=0,EP0Data.Count=0
USB_EVT_OUT
通过设备描述符,就可以让主控器知道这个设备是使用什么版本的USB协议,是高速的设备,还是低速的设备,是谁产生的,是什么产品,然后操作系统就可以通过这些信息去找到相应的驱动程序,如果操作系统没有找到相应的驱动程序,就会提示用户插入光盘,或者其它方来安装相应的驱动程序。
2. 收到主控器的设置设备地址配置包。
Setupm=0,n=0,val=37
0005010000000000
这条数据,根据USB的协议,就可以知道它是设置USB设备的地址配置包。
它的作用,就是分配USB设备的地址,由于USB总线上可以有127个设备,那么每个设备都需要分配一个唯一的地址才通讯,这跟网卡的MAC地址的作用是一样的。
其实,就像分配门牌号,让大家看到那个门牌就知道什么房了。
从下面的数据分析来看,是分配地址为1.
REQUEST_STANDARD=0x5
USB_DeviceAddress=129
USB_EVT_IN,USB_SetAddress
(1)
3. 收到主控器的获取设备描述符配置包。
Setupm=0,n=0,val=37
8006000100001200
再次收到获取设备描述符的配置包,由于第一次不知道设备描述符有多大,因而总是发送一个最大数据的包,就是64个字节大,现在知道描述符的大小为0x0012个大小了,就把它发送下来了。
所以USB设备再次回应设备描述符就可以了。
REQUEST_STANDARD=0x6
USB_DEVICE_DESCRIPTOR_TYPE
(1)
USB_DataInStage,cnt=18,EP0Data.Count=18
1201100100000040008000800001042C4A01
在这里再次回应设备描述符。
USB_EVT_IN,USB_DataInStage
USB_DataInStage,cnt=0,EP0Data.Count=0
4. 收到配置描述符包
Setupm=0,n=0,val=45
8006000200000900
根据USB协议可以知道,这是一个配置描述符的包,也就是让USB设备发送本设备有多少个配置方式给主控器。
由于USB的设备是多种多样,满足不同的用户需要的。
比如鼠标和键盘,就是不同的设备了。
还有MP3播放器,还有各种数码相机等等,都是不一样的设备了。
就可以通过下面的方式来说明这个配置有多少种方式,主要是通讯的方式。
REQUEST_STANDARD=0x6
USB_CONFIGURATION_DESCRIPTOR_TYPE
(2)(Offset=0x0)
USB_DataInStage,cnt=9,EP0Data.Count=9
090222000101000132
这里就是USB设备返回配置描述符给主控器的,它主要说明了这个设备有多少个配置,比如定义端点的类型,端点的传送方式,还有这个设备使用USB总线的电源多少。
USB_EVT_IN,USB_DataInStage
USB_DataInStage,cnt=0,EP0Data.Count=0
5. 收到字符串描述符包
Setupm=0,n=0,val=45
800600030000FF00
这里收到获取字符串描述符。
由于在设备描述符里已经说明字符串描述符在那里,主要是偏移地址,比如04就是厂家的描述符。
REQUEST_STANDARD=0x6
USB_STRING_DESCRIPTOR_TYPE(3)(Offset=0x0)
USB_DataInStage,cnt=4,EP0Data.Count=4
04030904
这里返回偏移地址为0的字符串描述,其实那里是保存字符串描述符的语言描述标识,这里英语的标识,0X0409。
USB_EVT_IN,USB_DataInStage
USB_DataInStage,cnt=0,EP0Data.Count=0
6. 收到字符串描述符包
Setupm=0,n=0,val=45
80064A030904FF00
这时收到获取字符串描述符,根据偏移地址,就知道它是想返回0x4A的字符串,也就是字符串描述符里的偏移地址。
REQUEST_STANDARD=0x6
USB_STRING_DESCRIPTOR_TYPE(4)(Offset=0x4A)
USB_DataInStage,cnt=36,EP0Data.Count=36
240343004100490032003000300037003000330032003500200031002E0030002E003000
USB设备返回0x4A的字符串给PC。
这里是我放置的字符串:
CAI200703251.0.0
它作为产品的序列号。
由于采用UNICODE编码,所有高位字节全是0。
由于USB协议是使用小端格式来发送数据,所以都低位在前,高位在后。
这样在PC那里就可以看到USB设备的产品序列号了。
又前进了一步。
USB_EVT_IN,USB_DataInStage
USB_DataInStage,cnt=0,EP0Data.Count=0
7. 收到第二个配置描述符包
Setupm=0,n=0,val=45
800600020000FF00
这里收到是第二个配置描述符包,与第一个的区别是返回长度不同。
第一个配置包返回的长度是9个字节,而这里的长度是255。
REQUEST_STANDARD=0x6
USB_CONFIGURATION_DESCRIPTOR_TYPE(5)(Offset=0x0)
USB_DataInStage,cnt=34,EP0Data.Count=34
09022200010100013209040000010300006E09210001000122240007058103400020
在这里返回全部配置描述给PC,让PC知道USB设备所有的配置。
在这里包括设备配置,接口配置,端点配置,还有设备特别配置信息。
USB_EVT_IN,USB_DataInStage
USB_DataInStage,cnt=0,EP0Data.Count=0
8. 收到字符串描述符包
Setupm=0,n=0,val=45
800600030000FF00
收到PC的字符串描述符,后面设备就返回。
REQUEST_STANDARD=0x6
USB_STRING_DESCRIPTOR_TYPE(6)(Offset=0x0)
USB_DataInStage,cnt=4,EP0Data.Count=4
04030904
返回设备描述符的语言定义。
USB_EVT_IN,USB_DataInStage
USB_DataInStage,cnt=0,EP0Data.Count=0
9. 收到字符串描述符包
Setupm=0,n=0,val=45
80062C030904FF00
收到PC需要产品字符串。
REQUEST_STANDARD=0x6
USB_STRING_DESCRIPTOR_TYPE(7)(Offset=0x2C)
USB_DataInStage,cnt=30,EP0Data.Count=30
1E0342006900670053006C006F0070006500330044002000480049004400
这里USB设备返回产品字符串给PC了。
USB_EVT_IN,USB_DataInStage
USB_DataInStage,cnt=0,EP0Data.Count=0
10. 收到字符串描述符包
Setupm=0,n=0,val=45
800600030000FF00
这里收到字符串描述符。
REQUEST_STANDARD=0x6
USB_STRING_DESCRIPTOR_TYPE(8)(Offset=0x0)
USB_DataInStage,cnt=4,EP0Data.Count=4
04030904
返回语言标识。
USB_EVT_IN,USB_DataInStage
USB_DataInStage,cnt=0,EP0Data.Count=0
11. 收到字符串描述符包
Setupm=0,n=0,val=45
80062C030904FF00
收到PC需要产品字符串。
REQUEST_STANDARD=0x6
USB_STRING_DESCRIPTOR_TYPE(9)(Offset=0x2C)
USB_DataInStage,cnt=30,EP0Data.Count=30
1E0342006900670053006C006F0070006500330044002000480049004400
这里USB设备返回产品字符串给PC了。
USB_EVT_IN,USB_DataInStage
USB_DataInStage,cnt=0,EP0Data.Count=0
12. 收到字符串描述符包
USB_EVT_OUT
Setupm=0,n=0,val=37
800600030000FF00
这里收到字符串描述符。
REQUEST_STANDARD=0x6
USB_STRING_DESCRIPTOR_TYPE(10)(Offset=0x0)
USB_DataInStage,cnt=4,EP0Data.Count=4
USB协议深入分析
(2)
2009年03月25日星期三09:
55
04030904
返回语言标识。
USB_EVT_IN,USB_DataInStage
USB_DataInStage,cnt=0,EP0Data.Count=0
1. 收到字符串描述符包
Setupm=0,n=0,val=45
80062C030904FF00
收到PC需要产品字符串。
REQUEST_STANDARD=0x6
USB_STRING_DESCRIPTOR_TYPE(11)(Offset=0x2C)
USB_DataInStage,cnt=30,EP0Data.Count=30
1E0342006900670053006C006F0070006500330044002000480049004400
这里USB设备返回产品字符串给PC了
USB_EVT_IN,USB_DataInStage
USB_DataInStage,cnt=0,EP0Data.Count=0
2. 收到字符串描述符包
Setupm=0,n=0,val=45
800600030000FF00
REQUEST_STANDARD=0x6
USB_STRING_DESCRIPTOR_TYPE(12)(Offset=0x0)
USB_DataInStage,cnt=4,EP0Data.Count=4
04030904
USB_EVT_IN,USB_DataInStage
USB_DataInStage,cnt=0,EP0Data.Count=0
Setupm=0,n=0,val=45
80062C030904FF00
REQUEST_STANDARD=0x6
USB_STRING_DESCRIPTOR_TYPE(13)(Offset=0x2C)
USB_DataInStage,cnt=30,EP0Data.Count=30
1E0342006900670053006C006F0070006500330044002000480049004400
USB_EVT_IN,USB_DataInStage
USB_DataInStage,cnt=0,EP0Data.Count=0
3. 收到字符串描述符包
USB_EVT_OUT
Setupm=0,n=0,val=45
8006000100001200
这里收到需要返回厂商字符串的请求。
REQUEST_STANDARD=0x6
USB_DEVICE_DESCRIPTOR_TYPE(14)
USB_DataInStage,cnt=18,EP0Data.Count=18
1201100100000040008000800001042C4A01
在这里返回设备的厂商字符串给PC。
USB_EVT_IN,USB_DataInStage
USB_DataInStage,cnt=0,EP0Data.Count=0
4. 收到第三个配置描述符包
Setupm=0,n=0,val=45
8006000200000900
REQUEST_STANDARD=0x6
USB_CONFIGURATION_DESCRIPTOR_TYPE(15)(Offset=0x0)
USB_DataInStage,cnt=9,EP0Data.Count=9
090222000101000132
USB_EVT_IN,USB_DataInStage
USB_DataInStage,cnt=0,EP0Data.Count=0
5. 收到第四个配置描述符包
Setupm=0,n=0,val=45
8006000200002200
REQUEST_STANDARD=0x6
USB_CONFIGURATION_DESCRIPTOR_TYPE(16)(Offset=0x0)
USB_DataInStage,cnt=34,EP0Data.Count=34
09022200010100013209040000010300006E09210001000122240007058103400020
根据长度返回不同的数据。
USB_EVT_IN,USB_DataInStage
USB_DataInStage,cnt=0,EP0Data.Count=0
6. 收到设置描述符包
Setupm=0,n=0,val=45
0009010000000000
REQUEST_STANDARD=0x9
USB_SetConfigurationWB.L=1
USB_Configure(TRUE)
USB_SetConfigurationtrue
由上面可以知道经过这么多次来回后,主控器已经配置完成,对这个设备可以使用了。
这时,如果在WINDOWS里就会看到可以设备安装完成,可以使用了。
7. 收到设置空闲描述符包
Setupm=0,n=0,val=37
210A000000000000
收到这个描述符,就表明设备在空闲状态。
8. 收到HID的报告描述符包
Setupm=0,n=0,val=37
8106002200006400
由于在配置描述符里,我把这个设备描述成HID的设备,所以会收到HID的报告描述符。
REQUEST_STANDARD=0x6
REQUEST_TO_INTERFACE(0x22)
HID_REPORT_DESCRIPTOR_TYPE
USB_DataInStage,cnt=36,EP0Data.Count=36
0600FF0901A10119012908150025FF953F7508810219012908150025FF953F75089102C0
这里就返回报告描述的类型,说明每次发送数据报告的大小,还有数据的格式。
这里是返回63个字节输出,63个输入的描述符。
USB_EVT_IN,USB_DataInStage
USB_DataInStage,cnt=0,EP0Data.Count=0
USB_EVT_OUT
到这里就把USB设备初始化完成了。
从上面可以知道,要想配置一个USB设备,需要经过20个来回才能完成配置,这个过程是非常多的。
如果在调试过程中,只要任何一个地方出错,都不会配置成功的。
如果再加上硬件的出错,就需要花费更长的时间了。
杉琔SB的设备虽然非常方便使用,但是花费了工程师大量的精力和相当多的时间。
因而USB是一个非常值钱的设备。
目前USB设备已经非常流行,今后PC机与外设的通讯,大部份都是使用USB设备来完成的。
完全会取代串口、并口的通讯。
我看到有一个厂家开发的USB设备,就200多种,从USB风扇到USB电话,从USB网络到USB装饰品,比如USB接口的彩灯。
还有通过USB控制的按摩器等健身器材等等。
希望你看到本文之后,又可以开发一款更好的USB设备到来了。
在龙芯电脑里,已经没有软驱,那么它是通过USB的U盘来启动的,这样就需要配置USB的设备,所以龙芯里的BIOS是非常复杂的,龙芯的PMON还在继续地开发支持USB的键盘、USB的鼠标,这样完全可以不使用任何的PS2的设备了,可以直接任何时间插入鼠标、键盘,都可以正常地使用,不像PS2那样,需要重新启动操作系统。
我希望龙芯的电脑,以后增加一个USB的设备在那里,直接通过那个设备就可以连接到其它PC机,可以共享数据,并不需要网络的配置
USB协议及规范---(之三)术语和缩略词
2009年03月25日星期三09:
55
ACK:
确认信号
ActiveDevice:
正在使用的设备
AsynchronousData:
异步数据
AsynchronousRA:
异步自适应速率
AsynchronousSRC:
异步抽样转换率
AudioDevice:
音频设备
AWG#(AmericanWireGauge):
美国电线标准
Babble:
帧传输中的总线动作
Bandwidth:
带宽
BigEndian:
Bit:
比特
BitStuffing:
数据填充,以使PLL可以提取时钟信号
b/s:
每秒多少比特
B/s:
每秒多少字节
Buffer:
缓冲区
BulkTransfer:
批量传送
BusEnumeration:
总线标号
Byte:
字节
Capabilities:
能力
Characteristics:
特征
Client:
客户
ConfiguringSoftware:
配置软件
ControlEndpoint:
控制端口
ControlPipe:
控制通道
ControlTransfer:
控制传送
CTI:
计算机电信组织
CyclicRedundancyCheck(CRC):
循环冗余校验
DefaultAddress:
缺省地址
DefaultPipe:
缺省通道
Device:
设备、器件
DeviceAddress:
设备地址
DeviceEndpoint:
设备端口
DeviceResource:
设备资源
DeviceSoftware:
设备软件
Downstream:
下行
Driver:
驱动
DWORD:
双字
DynamicInsertionandRemoval:
动态插入与拆除
ElectricallyErasablePro
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