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图解USB总线枚举过程

1. 检测到USB设备后，对USB设备复位，使设备地址变为0x0。发80 06 01 00 00 40 00命令，读取设备描述符命令，由于不知道设备描述符的长度，暂时要求返回数据长度为0x40。

2. 给这个新接上的设备分配地址。

3. 设置地址成功后，对新地址发送获取设备描述符命令，此时已经知道了它的长度，直接按这个长度即可。

4. 在得到设备描述符后，我们再发获取配置描述符命令。

5. 从上一步，我们可以得到设备支持的接口数及端点数，此时再发一次得到配置描述符命令，把数据长度改大，数据长度我们可以从wTotallLength中读取，但我们一般在这里设为0xFF。

6. 如果有字符串描述符，在这里可以发命令读取。接下来再一次发命令完整读取设备描述符和配置描述符

7. 在这里发送设置配置命令，到此，我们已经完整地得到了设备的信息。枚举过程结束。

 

 

 

 本系统中所谓USB设备与主机是通过检测Vcc上拉电阻的变化来确定是否有设备连接的。在D12内部集成了1.5kΩ的上拉电阻，默认状态下不与Vcc相连，程序运行时可以向D12发送连接命令使1.5kΩ电阻连接到Vcc，这样主机便检测到有设备连接。

 

它的枚举过程分析如下。

 

设备连接到总线后，设备从总线获得5V电源，程序首先初始化，端口，然后向D12发出USB连接命令。主机检测到设备连接。主机向设备发出第一个信号：总线复位。总线复位产生一个中断，并且D12器件在默认地址0处使能，以便在接下来的枚举过程中使用地址0传输命令和数据，同时中断寄存器的总线复位位被置为1。在程序中的表现是，D12向主循环请求中断，进入中断处理程序USB_int_handler()，读取中断寄存器，确定中断的类型，进行相应的处理。

 

主机使用默认地址0读取设备描述符。

 

具体过程是：主机向D12发送第一个Setup包，每个Setup包都是8个字节，第一个包Get Descriptor的内容为：80 06 00 01 00 00 40 00 ，数据为16进制表示。其中的40表示返回的数据最大长度为40H字节。此Setup包存储在D12的端点0缓冲区中，并产生一个外部中断。（这时在D12的中断寄存器中保存了中断的类型：端点0的OUT中断，即中断寄存器字节1的值应为0x01）进入中断服务程序后，由于D12端点0的缓冲区只有16个字节，所以单片机就先发送16个字节的设备描述符。

 

当主机接收到这16个字节的字符后，就认为真正有设备连接了。

 

地址分配。

 

主机向D12发送第二个Setup包，这是一个含有指定地址的数据包，其内容一般为：00 05 02 00 00 00 00 00 ，其中的02就表示主机为设备分配的地址为0x02，在以后的通信里设备就只对0x02地址的信息作出应答。D12收到这个Setup包后同样产生一个中断（端点0的OUT中断），需要注意的是单片机处理这个中断时需要向主机返回一个长度为0的空数据包。

 

主机从新的地址获取设备描述符。

 

主机收到设备发来的空的应答数据包后，确认地址分配成功。然后主机向D12发送第三个Setup包，再次要求获取设备描述符。这个Setup包的内容一般是：80 06 00 01 00 00 12 00 。与上次不同的是，这次要求实际的描述符长度，其中的12（十六进制数）表示要求得到全部18字节的设备描述符。因为每次只能发送16字节，因此程序中要分两次完成此要求。第一次16字节，第二次2字节。

 

主机读取配置描述符。

 

成功得到18字节的设备描述符后，主机向D12发送第四个Setup包，要求得到设备的配置描述符。这个Setup包的数据为：80 06 00 02 00 00 09 00 。其中的09指定设备返回9字节数据，这正是配置描述符的长度。

 

读取描述符集合。

 

成功得到9字节的配置描述符后，主机向D12发送第五个Setup包，要求得到设备的配置描述符、接口描述符、端点描述符的集合。这次Setup包的内容是：80 06 00 02 00 00 FF 00 。由于不知道描述符集合的真实长度，因此它要求得到256字节。

 

到这一步，主机现在应该已经发现新硬件并为新设备安装好驱动程序。对于以上过程，主机是在总线驱动层处理，下面的一步，也是典型枚举过程的最后一步，就需要设备驱动程序来做了。

 

数值配置。主机得到各种描述符之后，认为设备的信息已经齐全，便对设备进行配置，使设备从地址状态进入配置状态。

 

主机向D12发送第六个Setup包，其数据为：00 09 01 00 00 00 00 00 。程序中需要调用Set Configuration（）函数处理此事件，允许所有端点进入工作状态。

 

至此，USB枚举过程结束，设备可以正常使用了。在这个过程中D12指示灯根据通信的状况间歇闪烁。

 

USB  最主要的的是要理解   USB主机发送命令给设备，设备要对主机的命令进行响应， USB通讯的基本单位为 “包”   理解好“包”这个概念是学习USB的关键所在。 

包有如下分类： 

分别是令牌包、数据包、握手包和特殊包（其实是由PID决定的） 

令牌包：可分为输入包、输出包、设置包和帧起始包（注意这里的输入包是用于设置输入命令的，输出包是用来设置输出命令的，而不是放据数的）其中输入包、输出包和设置包的格式都是一样的： SYNC+PID+ADDR+ENDP+CRC5（五位的校验码） 

帧起始包： SYNC+PID+11位FRAM+CRC5（五位的校验码） 

数据包：分为DATA0包和DATA1包，当USB发送数据的时候，当一次发送的数据长度大于相应端点的容量时，就需要把数据包分为好几个包，分批发送，DATA0包和DATA1包交替发送，即如果第一个数据包是DATA0，那第二个数据包就是DATA1。但也有例外情况，在同步传输中（四类传输类型中之一），所有的数据包都是为DATA0，格式如下： 

SYNC+PID+0~1023字节+CRC16 

握手包：结构最为简单的包，格式如下 

SYNC+PID 

下面举几个例子来说明USB的通讯过程： 

1：主机想要向设备传送一串数据。 过程如下： 

（1）   主机向从机发送 “令牌包”，令牌包的类型为输出包，表示主机要向从机发送数据了。 

（2）   主机向从机发送完令牌以后，USB处理器件根据发送的令牌，会将中断状态寄存器标志置位，从机CPU通过查询USB处理器件的中断状态寄存器，对主机的令牌包进行响应 

（3）   从机判别出中断类型，于是，准备从主机接收数据。 

（4）   从机准备好了，于是主机开始发送“数据包” 这时，USB处理器件会自动将从主发送过来的数据放如它的内部缓冲区内，接收完这个数据包后，从机向主机发送“应答包”  

这就是一个完整的通讯过程。 

由以上可以看出，USB若是想要传送数据，那么主机必须先发一个 IN 或OUT的令牌包，然后发送DATA0，或DATA1数据包。 

简单的用现实生活中的事件进行描述：  老板想让员工去做一件事情，老板 先会发出命令，告诉要做什么事情，员工准备好以后呢，老板再把做这件事情的经费发放给员工，当员工把发放的经费清点以后，发现数目正确，他会给老板一个回应信息，告诉老板，钱已经收到了，而且数目正确。 

老板想让员工做的事：  对应USB通讯里的令牌包。 

老板想要发放的经费：  对应USB通讯里的数据包。 

员工给老板的回应：    对应USB通讯里的握手包。 

这里尤其需要注意一个问题就是： 

USB主机向设备发送令牌包的时候，接收令牌是有USB器件来完成的，而不是有从机CPU来完成的，如主机发送一个如下的令牌： 

SYNC+PID+ADDR+ENDP+CRC5 

USB器件回根据PID的类型来判断是哪种类型的令牌 根据ADDR的值来判断是否是和自己通讯，根据ENDP的值来判断是和哪个端点进行通讯，根据校验来判断，数据传送是否无误。根据以上的令牌包信息，USB器件会将其内部的中断状态寄存器相应的位置位，从机CPU可以查询这个中断状态寄存器来进行相应的操作。 

 

 

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