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2.4 USB逻辑部件

USB 逻辑部件

设备---》 接口 （一个或多个）：用于描述特定功能，包含多个端点----》端点（一个或多个）： 传输的最终对象端点号，传输类型传输方向，最大的数据长度....

3-USB 设备

3.1-USB 设备供电方式
USB设备有两种供电方式：

• 自供电设备：设备从外部电源获取工作电压
• 总线供电设备： 设备从VBUS（5v）取点

对总线供电设备，区分低功耗和高功耗USB设备。
低功耗设备是最大功耗不超过100mA。
高功耗设备是枚举时最大功耗不超过100mA，枚举完成配置结束后功耗不超过500mA。
设备在枚举工程中，通过配置描述符来向主机报告它的供电方式和功耗要求的。

USB full/high, low

没有设备连上主机时，主机的D+和D-都在低电平（SE0状态），当SE0状态 持续一段时间了，就被主机认为是断开状态。
当设备连上主机时，主机检测到某一数据线电平拉高并持续一段时间，就认为有设备连上来了。主机必须在复位设备前，立即采样总线状态来判断设备的速度。

3.2-USB 设备状态
USB设备有插入、供电、初始化、分配地址、配置和挂起六中状态，其状态转移图如下。

设备状态

3.3-USB 枚举过程

USB 设备连接到主机或从主机上拔出时，主机通过枚举(Enumeration)过程来识别和管理设备。当一个设备连接到一个供电的端口时，将会有下列过程：

1.------ 检测电压变化，报告主机：USB 设备上电后，HUB 检测到有电压变化，将利用自己的中断端点将信息反馈给主控制器有设备连接。

主机了解连接设备：主机在知道有设备接入后会发送一个 Get_Port_Status 请求(request)给 hub 以了解此次状态改变的确切含义。

Hub 检测所插入的设备是高速还是低速：hub 通过检测 USB 总线空闲(Idle)时差分线的高低电压来判断所连接设备的速度类型，当 host 发来 Get_Port_Status 请求时，hub 就可以将此设备的速度类型信息回复给 host。USB 2.0 规范要求速度检测要先于复位（Reset）操作。

2.------hub 复位设备：主机一旦得知新设备已连上以后，它至少等待 100ms 以使得插入操作的完成以及设备电源稳定工作。然后主机控制器就向 hub 发出一个Set_Port_Feature 请求让hub 复位其管理的端口(刚才设备插上的端口)。hub 通过驱动数据线到复位状态(D+和 D-全为低电平)，并持续至少 10ms。当然，hub 不会把这样的复位信号发送给其他已有设备连接的端口，所以其他连在该 hub 上的设备自然看不到复位信号，不受影响。

Host 检测所连接的全速设备是否是支持高速模式：根据 USB 2.0 协议，高速（High Speed）设备在初始时是默认全速（Full Speed ）状态运行，所以对于一个支持 USB 2.0 的高速 hub，当它发现它的端口连接的是一个全速设备时，会进行高速检测，看看目前这个设备是否还支持高速传输，如果是，那就切到高速信号模式，否则就一直在全速状态下工作。

Hub 建立设备和主机之间的信息通道：主机不停地向 hub 发送 Get_Port_Status 请求，以查询设备是否复位成功。Hub 返回的报告信息中有专门的一位用来标志设备的复位状态。当 hub 撤销了复位信号，设备就处于默认/空闲状态（Default state），准备接收主机发来的请求。设备和主机之间的通信通过址 控制传输，默认地址 0 ，端点号 0 进行。此时，设备能从总线上得到的最大电流是 100mA。

3&4.------ 主机发送 Get_Descriptor 请求 ， 获取 设备描述符： ：默认管道（Default Pipe）在设备一端来看就是端点 0。主机此时发送的请求是默认地址 0，端点 0。设备描述符的第 8 字节代表设备端点 0 的最大包大小。当完成第一次的控制传输后，系统会要求 hub 对设备进行再一次的复位操作。再次复位的目的是使设备进入一个确定的状态。

**5.------ **主机给设备分配地址：主机控制器通过 Set_Address 请求向设备分配一个唯一的地址。此后，设备进入地址状态（Address state），之后就启用新地址继续与主机通信。
6&7&8. 主机获取 设备的信息：主机再次发送 Get_Descriptor 请求到新地址读取设备描述符。设备描述符内信息包括端点 0 的最大包长度，设备所支持的配置（Configuration）个数，设备类型，VID、PID 等信息。之后主机发送Get_Descriptor 请求，读取配置描述符（Configuration Descriptor），字符串描述符等，逐一了解设备更详细的信息。配置描述符总共为 9 字节。主机在获取到配置描述符后，根据里面的配置集合总长度，再获取配置集合。配置集合包括配置描述符，接口描述符，端点描述符等。如果有字符串描述符，还要获取字符串描述符。另外 HID 设备还有HID 描述符等。

主机给设备挂载驱动（复合设备除外）：主机通过解析描述符后对设备有足够的了解，会选择一个最合适的驱动给设备。 然后调用设备模型提供的接口 device_add 将设备添加到usb 总线的设备列表里，然后 usb 总线会遍历驱动列表里的每个驱动，调用自己的match(usb_device_match)函数查询驱动和连入的设备或接口是否匹配，匹配的话调用device_bind_driver 函数，将控制权交到设备驱动。对于复合设备，通常应该是不同的接口（Interface）配置给不同的驱动，因此，需要等到当设备被配置并把接口使能后才可以把驱动挂载上去。

9.------设备驱动选择一个配置：驱动根据前面设备回复的信息，发送 Set_Configuration 请求来正式确定选择设备的哪个配置（Configuration）作为工作配置。至此，设备处于配置状态(Configured)，当然，设备也应该使能它的各个接口（Interface）

上面的过程可以理解:（核心功能就是协商）

Device:12 01 0100....Device Descriptor
Host:你有几种功能？
Device:09 02 09....Configuration Descriptor
Host:每个功能有几个接口？
Device:09 04 00....Interface Descriptor
Host:每个接口使用哪几个端点？
Device:06 05 82....Endpoint Descriptor
Host:好了，我知道你是谁了，开始传输设备吧！
Device:OK，Read Go!

3.4-USB 描述符

每种描述符的第一个字节描述该描述符包含的字节数目，第二个节描述该描述的类型。
3.4.1 Device Descriptor

3.4.2 Configuration Descriptor

3.4.3 Interface Descriptor

3.4.4 Endpoint Descriptor

3.4.5 String Descriptor