USB的四种传输类型与端点

1、事务

在介绍USB传输类型之前，请允许我先简答介绍一下USB事务。

事务一般由令牌包、数据包（可选）、握手包组成。

• 令牌包：用来启动一个事务，总是由主机发送。
• 数据包：可以从主机到设备，也可以由设备到主机，方向由令牌包决定。
• 握手包：通常情况，数据的接收者发送握手包（ACK或者NAK）。

USB协议规定了四种传输类型：控制传输、批量传输、同步传输、中断传输。下面简答介绍一下这四种传输类型及其注意事项。

2、控制传输

2.1. 控制传输分为三个过程：建立过程、数据过程（可选）、状态过程。

建立过程：

a. 主机发送令牌包：SETUP

b. 主机发送数据包：DATA0

c. 设备返回握手包：ACK或不应答，注意：设备不能返回NAK或STALL，即设备必须接收建立事务的数据。

数据过程（可选）：

一个数据过程可以包含多个数据事务，但所有数据事务必须是同一方向的。若数据方向发生了改变，则认为进入状态过程。数据过程的第一个数据包必须为DATA1，然后每次正确传输一个数据包后就在DATA0和DATA1之间交替。

状态过程：

状态过程只使用DATA1包，并且传输方向与数据过程相反。

2.2. 控制传输的应用场合：主要应用于设备的枚举过程和对数据准确性要求较高的场合。

3、同步传输

• 同步传输的应用场合：主要用在数据量大，对实时性要求较高的场合。如视频设备、音频设备等。

4、批量传输

• 批量传输使用批量传输事务，一次批量传输事务分为三个阶段：令牌包阶段、数据我阶段、握手包阶段。
• 批量传输分为批量读和批量写，批量读使用批量输入事务，批量写使用批量输出事务。注意：不论输入还是输出都是以主机为参考的。
• 批量传输的应用场合：主要用在数据量大、对数据实时性要求不高的场合，例如USB打印机、扫描仪、大容量存储设备等等。

批量输出流程：

1) 主机发送OUT令牌包。

说明：令牌包中包含设备地址、端点号。

2) 设备处理令牌包。

• 令牌包正确：设备等待接收数据包。
• 令牌包错误：设备既不接收、处理数据包，也不返回握手包，让主机等待超时。

注：令牌包的正确与否包括设备地址和端点号是否匹配。

3) 主机发送数据包，然后切换到接收模式，等待接收设备返回的握手包。

说明：数据包中包含一个DATA（具体是什么类型的DATA，取决于数据切换位）。

4) 设备处理数据包。

• 数据包正确，并有足够的空间保存数据：设备返回ACK握手包或NYET握手包（只有告诉模式才有NYET握手包，它表示本次数据接收成功，但是没有能力接收下一次传输）。
• 数据包正确，但是没有足够的空间保存数据：设备返回NAK握手包。主机收到NAK，延时一段时间后，再重新进行批量输出事务。
• 数据包正确，但端点处于挂起状态：设备返回一个STALL握手包。
• 数据包错误：设备不返回任何握手包，让主机等待超时。

批量输入流程：

1) 主机发送IN令牌包，然后切换到接收数据状态，等待设备返回数据。

说明：令牌包中包含设备地址、端点号。

2) 设备处理令牌包。

• 令牌包正确，且有数据需要返回：设备将一个数据包放到总线上。
• 令牌包正确，但没有数据需要返回：设备返回NAK握手包。主机收到NAK，延时一段时间后，再重新进行批量输入事务。
• 令牌包正确，但端点处于挂起状态：设备返回一个STALL握手包。
• 令牌包错误：设备不做任何响应，让主机等待超时。

3) 主机接收并处理数据包。

• 数据包正确：主机发送一个ACK握手包。
• 数据包错误：主机不做任何响应，让设备等待超时。

注：USB协议规定，不允许主机使用NAK握手包来拒绝接收数据包。

PING事务：

• PING事务只有令牌包和握手包。
• PING事务是USB2.0高速模式特有的，全速模式和低速模式没有。
• PING事务作用：主机探测设备是否有空间接收数据。

PING流程：

1. 主机发送PING令牌包。

2. 设备返回状态。

• 设备有空间接收数据：设备返回ACK握手包。
• 设备没有空间接收数据：设备返回NAK握手包。
• 设备端点挂起：设备返回STALL握手包。

5、中断传输

• 中断传输是一种保证查询频率的传输。
• 中断端点在端点描述符中报告它的查询间隔，主机会保证在不小于这个时间间隔的范围内安排一次传输。
• 中断传输可以用来不断检测某个状态，当条件满足后，再使用批量传输来传送大量的数据。
• 中断传输和批量传输的结构基本上一样（除了对端点查询策略）。
• 中断传输的应用场合：主要用在数据量小，但对时间要求严格的场合。如人机接口设备(HID)中的鼠标、键盘、轨迹球等。

6、端点

• 一个具体的端点只能工作在一种传输模式下。通常我们把工作在什么模式下的端点，叫做什么端点。如控制端点、批量端点、同步端点、中断端点。
• 端点0是设备的默认控制端点，在设备上电后就存在并可以使用，在Set Config之前所有的传输都是通过端点0传输的。
• 端点描述符中规定了端点所能支持的最大包长。
• 控制传输：高速模式的最大包长固定为64个字节；全速模式可在8、16、32、64字节中选择；低速模式的最大包长固定为8个字节。
• 批量传输：高速模式固定为512个字节；全速模式最大包长可在8、16、32、64字节中选择；低速模式不支持批量传输。
• 同步传输：高速模式的最大包长上限为1024个字节；全速模式的最大包长上限为1023个字节；低速模式不支持同步传输。
• 中断传输：告诉模式的最大包长上限为1024个字节；全速模式最大包长上限为64个字节；低速模式最大最大包长上限为8个字节。