STM32 USB2.0协议

1 、接口类型

低速（1.5Mbps）：常应用于键盘、鼠标等外设，在USB1.0和USB1.1版本只支持此速率
全速（12Mbps）：应用于音频等，在stm32f105-stm32f107，以及stm32f2x支持全速模式
高速（480Mbps）：应用视频大容量设备、stm32f2x和stm32f4x等系列支持高速

2、物理特性
a) USB使用差分传输模式，两根数据线D+和D-。
差分信号1:D+ > 2.8v&&D- < 0.3v,
差分信号0:D+ < 0.3v&&D- > 2.8v;
复位信号 :D+&&D- < 0.3v for 10ms;
J状态（信号序列皆以J开始）：编码输出的低电平
K状态：J状态的反状态。
b) USB设备的插入检测和速度检测
没有数据连上主机时，D+和D-数据线上的下拉电阻起作用，使得二者都在低电平；
设备连上主机时，当主机检测到某一数据线电平被拉高并保持了一段时间，就认为有设备连接上。
全速/高速设备:D+接1.5K上拉电阻;
低速设备:D-接1.5k上拉电阻;

c) 数据编码

USB采用NRZI（非回零，反向编码）对发送数据包进行编码,即输入数据0,编码成”电平翻转”,输入数据1,编码成”电平不变”;编码出来的序列：高电平称为J状态，低电平称为K状态。

位填充编码：主要是为了保护数据序列中有足够多的电平变化。当输入数据流中有连续6个“1”时，就要插入1个“0”，以保证电平变化。即先填充后编码。

3、USB的拓扑结构

USB是一种主从结构的系统，主机叫做Host，从机叫做Device。Device包括USB function和USB HUB。USB总线基于分层的星状拓扑结构，以HUB为中心，连接周围设备。总线上最多可连接127个设备。Hub串联数量最多5个。其中线缆长度最长5米。

4、USB传输方式
a) 传输格式
USB总线上传输数据是以包（packet）为基本单位的，必须把不同的包组织成事务（transaction）才能传输数据。USB协议规定了四种传输（transfer）类型：批量传输、同步传输、中断传输和控制传输。

b) Packet

Packet共分为四大类:命令（Token）Packet、帧首（Start of Frame）Packet、数据（Data）Packet、握手（Handshake）packet。数据包是如下几个部分组成：

PID：PID是用来标识一个包的类型的。

地址域：地址共占11位，其中低7位是设备地址，高4位是端点地址。
帧号域：帧号占11位，主机每发出一个帧，帧号都会自加1，当帧号达到0x7FF时，将归零重新开始计数。
数据域：根据传输类型的不同，数据域的数据长度从0到1024字节不等。分别标识各个传输类型的大小。
CRC:根据不同的包类型选择不同的数据进行数据校验。其中Token Packet中的Packet Content部分只包含PID+地址+CRC三个部分，此时进队地址数据进行校验；SOF Packet中的Packet Content部分只包含PID+帧号+CRC三个部分,此时仅对帧号域进行校验；Data Packet中的Packet Content部分包含PID+数据+CRC三个部分，此时仅对数据域进行校验；Handshake Packet中只包含PID，没有CRC位。

c) Transaction
事务可以分成三类
setup事务：主机用来向设备发送控制命令
数据输入事务：主机用来从设备读取数据
数据输出事务：主机用来向设备发送数据
d) Transfer
USB协议定义了四种传输类型：控制传输（Control transfer）、大容量数据传输（Bulk transfer）、同步传输（Isochronous transfer）和中断传输（Interrupt transfer）

传输类型	特点	应用场景
控制传输	非周期性，突发	命令和状态的传输
大容量传输	非周期性，突发	数据可以占用任意带宽，容忍延迟
同步传输	周期性	持续性传输，传输与时效相关的信息，并且在数据中保存时间戳的信息
中断传输	周期性，低频率	允许有延迟的通信

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