USB（通用串行总线）数据传输机制和包结构简介

1. USB的物理连接

电缆结构

USB的主机（如电脑）和设备（如鼠标、键盘）之间通过4根线连接：

• 差分数据线（2根）：用于传输数据。
  • 这两根线通过差分信号（一种特殊的电压变化方式）传输数据，可以提高抗干扰能力。
  • 适用于高速、全速和低速传输。
• 电源线（1根）：提供5V电力，为设备供电。
• 地线（1根）：作为电流回路，确保电路正常工作。

时钟恢复技术

• 没有时钟线（clk）：与SPI、I2C等协议不同，USB没有单独的时钟线。
• 如何同步？
  接收端通过数据时钟恢复电路，从接收到的数据信号中“提取”时钟信号，从而同步数据传输。
  • 类比：就像看一场电影，虽然没有人告诉你“现在是第几帧”，但通过画面内容的变化（数据）可以推断时间（时钟）。

2. USB的数据传输方式

包（Packet）

• 什么是包？
  USB将所有信息（数据、命令、配置等）封装成包，作为传输的基本单元。
  • 类比：快递包裹，每个包裹里装着需要传递的内容（数据），并贴上标签（标识符）说明用途。
    

3. 包的传输规则

帧和微帧

• 帧（Frame）：
  • USB全速（FS）和低速（LS）设备的数据传输必须在**1毫秒（ms）**的帧时间内完成。
  • 类比：每秒钟有1000个“时间窗口”，每个窗口1ms，数据只能在这个窗口内传输。
• 微帧（Microframe）：
  • USB高速（HS）设备将1ms的帧进一步分成8个微帧，每个微帧125微秒（μs）。
  • 类比：把1秒分成更小的“时间片段”，提高传输效率。

4. 包的结构

一个完整的USB包由以下5部分组成：

1. 同步字段（Sync）

• 作用：让接收端的时钟与发送端对齐，确保数据正确接收。
  • 类比：两个人通话前先喊“同步一下”，确保双方节奏一致。

2. 包标识符字段（PID）

• 作用：说明包的类型，例如：
  • 数据包：传输实际数据。
  • 令牌包：用于设备寻址（如主机告诉设备“我要和你通信”）。
  • 握手包：确认数据是否正确接收（如“收到”或“重发”）。
  • 类比：信封上的“快递”“挂号”等标签，告诉接收方如何处理。

3. 数据字段

• 作用：存放实际要传输的数据。
  • 数据长度根据USB速度和用途以下是图片中关于USB（通用串行总线）数据传输机制和包结构的详细解释，以小白易懂的方式分点说明：

4. 循环冗余校验字段（CRC）

• 作用：检测数据是否在传输中出错。
  • 原理：发送端生成一个“校验码”附加到包中，接收端用相同算法计算并对比，若不一致则说明数据错误。
  • 长度：根据USB速度不同，CRC可能是5位、16位或32位。
  • 类比：快递包裹的“防伪码”，收件人扫描后确认包裹是否被中途篡改。

5. 包结尾字段（EOP）

• 作用：标记包的结束，通知接收端“数据已完整接收”。
  • 类比：信封上的邮戳，表示这封信的结束。