USB的概念性知识
USB的特点
USB2.0 有高速、全速和低速三种工作速度，高速是480Mbit/s，全速是12Mbit/s， 低速是1.5Mbit/s。
USB传输距离短，开发、调式难度大
USB是一种主从结构系统，主机叫HOST，从机叫Device（设备）。USB的数据交换只能发生在主机与设备之间，所有的数据传输都是由主机主动发起的，设备只是被动的负责应答，在USB OTG中，一个设备可以在从机与主机之间切换，这样就实现了设备与设备之间的连接。USB OTG增加了一种MINI USB接头，比普通的USB4线多出一条ID标识线，来表明是主机还是设备。
PC上有多个USB主控制器和多个USB口，每个控制器下有一个跟集线器，USB集线器将一个USB口扩展为多个USB口，USB1.1最多为4层，USB2.0最多为6层。理论上，一个USB主控器最多可接入127个设备：协议规定USB设备具有一个7bit的地址（0~127）.
USB传输过程：USB主控器发出命令和数据，通过跟集线器→USB设备，USB设备返回信息→上一层集线器（经历每层集线器）→USB主控制器→CPU。
USB的电气特性
标准USB连接线使用4芯电缆：5V电源线Vbus；差分数据线D-；差分数据线D+；地GND。USB OTG增加了一种MINI USB接头，比普通的USB4线多出一条ID标识线。在USB的低速和全速模式下，采用的是电压传输模式，在高速模式下，采用电流传输模式。
传输速度是指总线上每秒传输的位数，实际速率要低，因为USB有甚多的协议开销。
当数据为0时，电平翻转；数据为1时，电平不翻转。
VBUS电源线，SBU2：2.0设备可悬空，CC1：主机配置上拉电阻，从机下拉。DN、DP：差分数据线。
有设备：D+或者D-接一个1.5k的上拉电阻，（D+高速；D-低俗）
没有设备：D+、D-接入15k的下拉电阻。
USB的描述符
USB1.1定义的标准描述符：设备描述符（Device Descriptor）、配置描述符（Configuration Descriptor）、接口描述符（Interface Descriptor）、端点描述符（Endpoint Descriptor）、字符串描述符（String Descriptor）。
USB2.0协议新增两个描述符（高速（High-Speed，480Mbps））：设备限定描述符（Device Qualifier Descriptor）、其他速度配置描述符（Other Speed Configuration Descriptor）。
特殊的描述符：类特殊描述符（HID描述符和音频接口描述符）、厂商自定义描述符。
一个USB设备只有一个设备描述符，
- 设备描述符：设备使用的USB协议版本号、设备类型、厂商ID、产品PID、版本号等
- 配置描述符：接口数、接口所使用的类、子类、协议等
- 端点描述符：端点号及方向、端点的传输类型、最大包长度、查询间隔等
- 字符串描述符：提供人们阅读的信息，不必需
- 设备限定描述符 ：用于描述设备在不同速度下的通用特性（如高速 / 全速），仅在设备支持多速度时存在，主机枚举时先读取此描述符，再获取对应速度的配置描述符。
- 其他速度配置描述符 ：与当前配置描述符一一对应，存储设备在非当前速度下的配置信息（比如设备当前工作在高速模式，此描述符则存储全速模式的配置参数）。
设备{配置{ ；配置{ }；配置{接口{ }；接口{ }；接口{端点{ }；端点{ }；端点{ }}}}。
设备→配置→接口→端点。
如果一个设备的各种描述符成功返回，代表着成功一大半。（描述符不能出现错误，否则无法正常工作）
USB设备的枚举过程
枚举就是从设备读取各种描述符信息。
USB传输模式：控制传输：建立过程（都由主机发送）、可选的数据过程及状态过程。
建立过程：起始于SETUP令牌包→DATA0数据包→数据过程（读传输：输入数据，写传输：输出数据；数据长度为0：没有数据过程）→状态过程（读传输：输出数据包；写传输：输入数据包）；状态过程用来确认数据是否正确传输完成。
- 复位与获取设备描述符（0 地址阶段）
- 设置地址：主机分配一个唯一的 7 位设备地址给该设备。设备收到新地址，必须等待主机发送ACK令牌包，才能启用新地址
- 再次获取设备描述符：主机切换新地址发送建立过程
- 获取配置描述符
- HID设备：报告描述符
**USB是串行总线，**数据是一位一位进行传输的，LSB在前，最先出来的是最低位，数据传输方向：从设备到主机称为输入，主机到从设备成为输出。
USB总线传输数据以包为单位，不同类型的包包含不同类型的域，包都以同步域开始，由一个包标识符PID，和包结束符EOP来结束这个包，同步域：开始传输数据，用来同步数据时钟，
- 同步域→标识符PID→结束符EOP
PID标识一个包的类型一共8位，其中USB协议使用的只有4位（0~3）另外4位是（0~3）的取反用来校验PID。
| PID 类型 | PID 名称 | PID[3:0] | 说明 |
|---|---|---|---|
| 令牌类 (Token) | OUT | 0001B |
通知设备将要执行输出传输（主机 → 设备） |
| IN | 1001B |
通知设备将要执行输入传输（设备 → 主机） | |
| SOF | 0101B |
帧起始包，用于同步 USB 总线时序（全速每 1ms、高速每 125μs 发送一次） | |
| SETUP | 1101B |
通知设备启动控制传输（用于设备枚举、配置等核心流程） | |
| 数据类 (Data) | DATA0 | 0011B |
基础数据包（与 DATA1 交替，保证传输可靠性） |
| DATA1 | 1011B |
基础数据包（与 DATA0 交替，用于传输同步） | |
| DATA2* | 0111B |
高速 / 等时传输专用数据包 | |
| MDATA* | 1111B |
多字节 / 等时传输专用数据包 | |
| 握手类 (Handshake) | ACK | 0010B |
确认（数据接收成功） |
| NAK | 1010B |
不确认（设备暂时无法发送 / 接收数据） | |
| STALL | 1110B |
挂起（设备端点错误 / 不支持当前请求） | |
| 特殊类 (Special) | NYET* | 0110B |
未准备好（高速设备批量传输专用，用于流量控制） |
| PRE | 1100B |
前导令牌包（用于低速 / 全速设备在高速总线上的兼容通信） | |
| ERR* | 1100B |
错误握手包（高速 / 分裂事务专用，用于错误通知） | |
| SPLIT* | 1000B |
分裂事务令牌包（用于高速主机与低速 / 全速设备通信） | |
| PING* | 0100B |
PING 测试令牌包（用于批量传输流量控制，避免 NAK 风暴） | |
| --- | 0000B |
保留，未使用 |
EOP大约为2个数据低位SE0，SE0：D+、D-都保持低电平状态