一、拓撲結構

在一個USB通信系統中，只能有一個主機存在，USB通信只存在于主機和設備之間 ，每次通信都必須由主機發起 ，而設備和設備之間無法通信 。如圖1，USB系統是一個分層的星型拓撲結構，可以使用hub來擴展設備。

圖1

二、邏輯部件

如圖2， 在設備端的通信傳輸最終呈現在端點上， 端點在物理上就是一塊特殊的內存區域 ，它特殊就特殊在：既可以被CPU訪問（也就是通過寫程序用地址訪問），也 可以被USB硬件引擎訪問（ 因此稱之為 硬件緩沖區）。 最底層通信管道就是在設備的端點和主機應用程序的緩存之間進行。

圖2

三、電氣特性

使用差分線傳輸， 差分線上的信號不是原始數據，是經過了NRZI編碼的 （關于NRZI編碼此處不展開了，很簡單的編碼，網上也有非常多的資料） ，并且還加了位填充 （防止長時間電平不變化不利于信號接收的同步）

四、插入檢測機制

主機端，差分線D+、D-都做了弱下拉處理。設備端，會在D+或D-上進行上拉處理，具體的，全速和高速設備對D+上拉，低速設備對D-上拉。因此 主機通過判斷差分線的電平來進行插入檢測，任意一根線的電平被拉高說明有設備插入 。

五、描述符

描述符就是設備記錄自己的信息， 在程序中以結構體作為容器進行存儲 。對USB1.1來說，有 設備描述符、配置描述符 、接口描述符、端點描述符、字符串描述符。具體細節不展開

六、枚舉過程

枚舉使用控制傳輸，這里只羅列一下大概的內容：

1.設備插入后，主機對設備復位。 設備復位后地址變為0，主機使用地址0與其通信 ，獲取設備描述符的前8個字節，主機就此得知端點0的最大包長度

2.主機再次對設備復位，給設備分配一個地址。此后訪問該設備使用分配的地址而不是地址0

3.主機再次獲取設備描述符，需要獲取設備描述符的全部字節

4.主機獲取配置描述符，然后根據配置描述符中描述的配置集合總長度，獲取配置集合

以上過程參考圖3

圖3

七、傳輸數據的層次結構

參考圖4，

1.結構從上到下為Transfer（傳輸） Transaction（事務） Packet（包）

2.一次傳輸可以包含一個或多個事務 （ 控制傳輸包含三個過程，建立過程和狀態過程分別是一個事務，中間的數據過程可能包含多個事務 ；其他三種傳輸，批量傳輸、同步傳輸、中斷傳輸，一次傳輸只包含一個事務）， 一個事務一般包含兩個或三個包 （令牌包、數據包、握手包， 同步傳輸中的事務沒有握手包 ）

圖4

八、包

包是傳輸的最基本單元

1.包的類型：分為令牌包、數據包、握手包，SOF包（表示幀首）屬于令牌包

2.包的組成：參考圖5，

（1）由四個部分組成：SOP, SYNC, Packet Content, EOP；其中SOP SYNC EOP為總線信號

**注意這里的SOP是包起始信號(start of packet)，和SOF包是兩回事(start of frame) **

圖5

（2）包的內容即以上Packet Content的展開

一個包可能總共包含五個域，其中 PID域指示了當前包的類型 ，如圖6， 不同類型的包其包內容包含1到5個域之間 ，此處具體不展開

圖6

3.數據包類型的pid切換機制（ data pid toggle ）

數據包有4種pid：DATA0、DATA1、DATA2、DATAM。在傳輸數據包的過程中，如果發送或者接收成功，發生數據包類型的pid切換，這是一個傳輸檢錯機制 ，此處不展開

九、事務

1.事務由兩個或三個包組成：令牌包、數據包、握手包

2.同步傳輸中的事務沒有握手包

3.批量傳輸、同步傳輸、中斷傳輸的一次傳輸就是一個事務組成；控制傳輸由三個過程(stage)組成：建立過程和狀態過程各自為一個事務，數據過程則可能包含多個事務

十、傳輸

四種類型的傳輸：控制傳輸、批量傳輸、同步傳輸、中斷傳輸

1.控制傳輸：每個USB設備都必須有控制端點，支持控制傳輸來進行命令和狀態的傳輸。USB主機驅動將通過控制傳輸與USB設備的控制端點通信，完成USB設備的枚舉和配置

2.批量傳輸：適合大數據量傳輸但對實時性沒有嚴格要求的應用，如U盤

3.同步傳輸：不做握手，速度快，數據易丟失。適合對實時性要求高但可以容忍少量數據錯誤的應用，如音頻、視頻

4.中斷傳輸：適合數據量小、需要周期性通信的應用，如鼠標、鍵盤