stm32 USB知识和代码分析(一)


1.USB基础知识

  • USB：Universal Serial Bus，中文译为“通用串行总线”，USB设备最显著的优点是具有热插拔功能、传输速率快。USB是主从结构的系统，具有主机和设备这两个角色，即Host和Device。此外，还有两类特殊的USB设备，分别是USB集线器设备(USB Hub)和USB OTG设备。
  • USB目前的协议版本有：USB1.0、USB1.1、USB2.0、USB3.0。USB1.0和USB1.1只有低速模式(Low-Speed Mode)和全速模式(Full-Speed Mode)，理论上最大传输速率分别为1.5Mbps和12Mbps。USB2.0引入了传输速度更快的高速模式(High-Speed Mode)，理论上最大传输速率为480Mbps。而USB3.0在速度的提升上，实现了重大飞跃，最大传输速率理论值高达5Gbps。需要注意的是，这些都是理论值，实际开发过程中，很难达到这些理论值（需要自己去做性能上的优化）。
  • 在实际开发过程中，不同的传输类型有不同的传输速率，每一次的数据交互，都是一个相当复杂的过程，有令牌包的解析、数据包的传输、握手包的回应等等，这些都是额外的消耗，因此，传输速度是不可能达到理论值。USB有四种传输类型，分别是控制传输、中断传输、块传输、等时传输。

2. USB电气特性

2.1 USB信号线

  • USB使用差分传输模式，有两条数据线，分别是：
  • USB数据正信号线，USB Data Positive，即USB-DP线，简写为D+
  • USB数据负信号线，USB Data Minus， 即USB-DM线，简写为D-
  • 剩下的就是电源线(5V-Vbus)和地线(GND)。

2.2 USB主机如何识别设备是高速设备/全速设备/低速设备？

  • 主机的D+和D-都接有15K下拉电阻；全速USB设备的数据线D+接有1.5K的上拉电阻，一旦接入主机，主机的D+被拉高；低速USB设备的数据线D-接有1.5K的上拉电阻，一旦接入主机，主机的D-会被拉高。因此，主机就可以根据检测到自己的D+为高还是D-为高，从而判断接入的设备是一个全速还是低速设备。硬件结构图如下：
  • 全速设备/高速设备:硬件部分能区分低速和全速，软件协议上区分高和全速设备,刚开始设备接入后，识别为全速模式，但是设备支持高速，此时会通过某个协议向主机通告，如果主机也支持高速，那么两者就会工作在高速模式下，反之全速

3.USB设备分类

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  • 不同的类有不同的用途，不同的应用场合，对应不同的产品形态。有自己特殊的描述符，比如对于HID类，有报告描述符。有自己特殊的类请求，比如UAC的设置音量请求。

4.USB数据传输方式

  • USB总线是串行总线（跟串口一样），数据是一位一位地在数据线上进行传输的。LSB在前，最低位先发出，接下来是次低位，最后才是最高位（MSB）,差分信号抗干扰。

5.总结以上文字

  • USB历史理论知识
  • USB版本：1.1，1.2 （低速:1.5Mbps），2.0(全速:12Mbps,高速：480Mps)和3.0(5Gbps)
  • USB传输类型:控制传输、中断传输、块传输、等时传输。传输的类型不一致，速度和延迟也都不太相同，后面会说
  • USB设备全速和低速靠硬件，软件上识别全速和高速