USB 之传输事务

来源：公众号【鱼鹰谈单片机】

作者：鱼鹰Osprey

ID ：emOsprey

前面的笔记，鱼鹰介绍了如何通过两根数据线完成 USB 数据的差分传输，知道了最底层的传输是如何进行的，但是仅仅知道这些还是不能真正实现数据的传输。

还有一点，我们知道 USB 是半双工传输，无法同时收发数据，那么它又是如何完成数据的双向传输呢？

这里面就涉及到 USB 的两个概念：

传输事务（Transaction）与传输（Transfer）。

前面的笔记中，大家都对包（Packt）有了一定的概念，知道USB是通过各种数据包进行传输的，换句话说，包是 USB数据传输的最小（基本）单位，不可分割，数据要被正确传输，必须打包传输。

包的基本格式如下：

因为是半双工，必须使用一种机制协调主机和设备的通信（不然主机和设备同时发送数据，肯定是不行的），这个机制在USB中称之为传输事务（Transaction）。

每一次传输事务的开始，都是由主机主动发送令牌包开始的，比如建立事务：

主机首先发送一个SETUP令牌包，告诉设备，接下来我要发送一个数据包，这个数据包内容需要按照SETUP数据格式（一般是标准请求）进行解析，换句话说，SETUP的数据包是有自己固定格式的。

当设备正确接收到这个数据包的时候，就会返回一个 ACK数据包，告诉主机，我已经正确接收到数据了，可以开始进行下一次传输事务了。

现在我们再从数据传输的角度看这些包，这样更便于理解：

PID本身就有校验功能（四位 PID，四位取反PID），所以不需要额外校验，5 bit CRC对设备地址和端点地址进行校验，16 bit CRC 对数据校验。

设备地址共有 7 bit，范围 0~127，0 地址是设备插入后的默认地址，在主机枚举设备后将给设备重新分配一个1~127范围的地址。

端点地址 4 bit，范围 0~15。全速设备最多有 16 个端点，低速设备最多 3个端点，其中端点 0 是所有 USB 设备必须支持的默认端点，USB中唯一可以进行双向传输的端点（物理上还是分为两个端点 IN 和 OUT，但是对于开发者而言，操作是一样的），也是唯一一个不需要端点描述符就可以进行通信的特殊端点，端点类型是控制传输（四大传输之一）。

所谓端点（Endpoint）地址，类似网络传输中的端口号，是主机能寻址的最小单位，所有的数据传输都是在各个端点上进行的。

而数据，在不同的传输方式中，最大支持的数据量将不同：

同样是全速模式，控制传输最大数据包为 64 字节，而同步传输（isoch）最大传输数据 1023 字节。并且高速、全速、低速之间也有差别。

通过以上三个数据包，就完成了一次控制传输事务。

除了控制传输，还有以下传输事务：

为了更好的理解上面的各种数据包，可以看如下内容：

令牌包：

数据包：

握手包：

通过传输事务的机制，从机可以通过PID判断接下来是接收数据还是发送数据，这样主机和从机在传输数据时就不会产生冲突，而接收方在正确接收到数据后需要发送一个ACK握手包进行回应。

但是传输过程中不总是如此顺利，有的时候可能因为总线干扰，导致 CRC校验失败，此时接收方该如何处理呢？

如果主机作为接收方，那么因为传输事务是由主机发起的，所以如果主机在规定的时间内没有接收到数据，那么就会再次发送令牌包，再次从设备中获取所需的数据，如果多次获取失败，放弃此次传输。

而如果是设备作为接收方，那么如果没有在规定的时间内正确接收到数据，那么将不做任何操作。主机因为在发送数据后一直在等待设备的握手包信息，因为设备没有在规定的时间里发送握手包，就会等待超时，从而了解到，设备没有正确接收到数据，那么主机将再次发起一次传输事务。

而为了防止接收到重复的数据包，USB 利用了DATA 0 ~ DATA 1令牌翻转的机制，每正确接收到一个数据包，自身的PID 会翻转一次，如果对方未翻转，那么就被认为是重发的数据包（不支持重传的传输不需要这种机制）。

事实上在传输过程中还有两种可能的情况：

第一：设备正忙着处理数据呢，主机不合时宜的发送了令牌包（还有可能有数据包）过来了，那么此时设备硬件自动回复NAK，告诉主机，我正忙着，没空搭理你，主机接收到 NAK 后就会在其它合适时间再次启动事务的传输。还有一种可能是设备没有需要传输的数据，也将以NAK回复

特别要注意的是，回复 NAK 不代表错误。

第二：主机发送了一个令牌包，但是设备不支持，那么设备将回复 STALL。比如主机向设备中根本不存在或者没有配置过的端点传输数据，那么将遭到STALL回复，并且在这种状态下，必须主机干预（通过控制传输）才能恢复设备的正常传输功能。

还有一种情况是，主机往控制端点0发送了一个标准请求，但是这种请求不被设备所支持，那么也将遭到 STALL 回复，和前面不同的是，主机可以继续发送下一个请求，不需要做特殊处理。

对此感兴趣的可以找相关资料进行更深入的学习。

以上就是传输事务的内容了，那么这些内容和四大传输有什么关系？下期再见。

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