1-USB 基本知识

USB的重要关键概念:
1、 端点：位于USB设备或主机上的一个数据缓冲区，用来存放和发送USB的各种数据，每一个端点都有惟一的确定地址，有不同的传输特性（如输入端点、输出端点、配置端点、批量传输端点)
2、 帧：时间概念，在USB中，一帧就是1MS，它是一个独立的单元，包含了一系列总线动作，USB将1帧分为好几份，每一份中是一个USB的传输动作。
3、upstream、downstream(上行、下行)：设备到主机为上行，主机到设备为下行

问题一：USB的传输线结构是如何的呢？
一条USB的传输线分别由地线、电源线、D+、D-四条线构成，D+和D-是差分输入线，它使用的是3.3V的电压（注意哦，与CMOS的 5V电平不同），而电源线和地线可向设备提供5V电压，最大电流为500MA

问题二：数据是如何在USB传输线里面传送的
数据在USB线里传送是由低位到高位发送的。

问题三：USB的编码方案？
答案三：USB采用不归零取反来传输数据，当传输线上的差分数据输入0时就取反，输入1时就保持原值，为了确保信号发送的准确性，当在USB总线上发送一个包时，传输设备就要进行位插入***作（即在数据流中每连续6个1后就插入一个0），从而强迫NRZI码发生变化。这个了解就行了，这些是由专门硬件处理的。

问题四：USB的数据格式是怎么样的呢？
和其他的一样，USB数据是由二进制数字串构成的，首先数字串构成域（有七种），域再构成包，包再构成事务（IN、OUT、SETUP），事务最后构成传输（中断传输、并行传输、批量传输和控制传输）。下面简单介绍一下域、包、事务、传输，请注意他们之间的关系。

2-USB 总线

usb2.0 支持1.5Mb/s的低速（low-speed,鼠标..）模式和12Mb/s的全速（full-speed语音）模式，在USB2.0中，又加入了480Mb/s的高速模式（视频）。

USB pin

2.1 USB总线信号
USB使用差分传输模式，两根数据线D+和D-
差分信号1：D+>2.8V，D-<0.3V
差分信号0：D->2.8V，D+<0.3V

J状态和K状态
低速下：D+为“0”，D-为“1”是为“J”状态，“K”状态相反；
全速下：D+为“1”，D-为“0”是为“J”状态，“K”状态相反；
高速同全速。

SE0状态
D+为“0”，D-为“0”

IDLE状态
低速下空闲状态为“K”状态；
全速下空闲状态为“J”状态；
高速下空闲状态为“SE0”状态.

全速模式，有以下几个重要信号：
Reset信号
主机在要和设备通信之前会发送Reset信号来把设备配置到默认的未配置状态。即SE0状态保持10ms。

Resume信号
20ms的K状态+低速EOP

Suspend信号
3ms以上的J状态

SOP信号
从IDLE状态切换到K状态

EOP信号
持续2位时间的SE0信号，后跟随1位时间的J状态

SYNC信号
3个重复的K、J状态切换，后跟随2位时间的K状态

2.2 USB信号数据编码
USB采用NRZI(非归零编码)对发送的数据包进行编码。即：
输入数据0，编码成“电平翻转”；输入数据1，编码成“电平不变”

NRZI

位填充是为了保证发送的数据序列中有足够多的电平变化。填充的对象时输入数据，即先填充后编码。数据流中每6个连续的“1”，就要插入1个“0”。
接收方解码NRZI码流，然后识别出填充位，并丢弃它们。

位填充

位填充流程

2.3 USB拓扑结构
USB是一种主从结构的系统，主机叫做Host，从机叫做Device。Device包括USB function和USB HUB。
USB总线基于分层的星状拓扑结构，以HUB为中心，连接周围设备。总线上最多可连接127个设备。Hub串联数量最多5个。

bus 拓扑

usb 实现区域

usb 物理拓扑