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TB-064
第3章
USB 通訊原理
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USB 通訊原理
第3章
USB 通訊原理
3-1
3-2
3-3
3-4
3-5
3-6
3-7
3-8
3-9
USB 通訊的架構
USB 通訊的基本概念
USB 通訊協定－傳輸
USB 通訊協定－資料交易
USB 封包中的欄位類型
封包格式
低速資料交易
分割資料交易
錯誤檢查
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3-1
USB 通訊的架構
在 USB 協定中，所謂的通訊指的是 USB 裝置
與 USB主機之間的通訊協定。在實體上，匯流
排上的裝置透過一條實體的纜線來與主機通訊，
而所有的裝置共享此實體的纜線。在邏輯上，
主機給予每一個所連接上的裝置提供了一個邏
輯的連接，且每一個裝置都有端點對端點的連
接。
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3-3
USB 通訊協定－傳輸
3-3-1 傳輸型態
控制傳輸
中斷傳輸
巨量傳輸
等時傳輸
3-3-2 訊息管線與資料流管線
訊息管線
資料流管線
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3-4
USB 通訊協定－資料交易
USB 通訊概念口訣即是： 5 4 2 3 3 。
而這個口訣相當簡單，有點像是通關秘訣，整個數字的順
序即可串連出 USB 通訊協定。5，4，2 即分別為每個封包
（執照、資料與交握）的欄位數目，3 則為實現一個資料
交易所需的 3 個封包階段（執照、資料與交握），而最後
的 3 則為實現一個控制型傳輸所需的 3 個資料交易階層。
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USB 封包中的欄位類型
封包內所包含的訊息資料是從 1 個位元組至 3074 位元組之
間。第一個位元組總是封包辨識元（PID），用來定義其
餘的訊息位元組所要表達的意義。而封包的最後一部分，
則是封包結束，EOP 辨識元。
USB 的串列傳輸是先送出最低位元 LSB，然後再依序送出，
直到最高位元 MSB 為止，如下圖所示。
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USB 封包中的欄位類型
同步列（Synchronization Sequence，SYNC）欄位
封包辨識元（Packet Identifier，PID）欄位
位址（Address，ADDR）欄位
端點（Endpoint，ENDP）欄位
循環多餘檢核（Cycle Redundancy Checks，CRC）欄位
資料（Data）欄
訊框號碼（Frame Number）欄位
閒置（Idle）欄位
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封包格式
啟始（SOF）封包
執照（Token）封包
資料（Data）封包
交握（Handshake）封包
特殊（Special）封包
(1) PRE 封包
(2) PING 封包
(3) SPLIT 封包
(4) ERROR封包
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低速資料交易
1. 低速裝置在連接過程中被識別，並且連接它們的集
線器周邊埠被設定為低速周邊埠。
2. 所有下游埠的低速封包須以用來打開低速集線器周
邊埠上的前導封包（由全速所送出的）作為啟始。
3. 低速集線器周邊埠的輸出緩衝區在接收到 EOP 狀態
時即被關閉，並持續到下一個前導封包被偵測時才
會再被打開一次。
4. 往上游的連接並不受到集線器周邊埠是全速還是低
速所影響。
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分割資料交易
仍然包含 3 個（或是更少）的資料交易階段（執照、資料
與交握）
執照階段具有 2 個封包：SPLIT 執照封包與傳統執照封包
啟始-OUT：SSPLIT（啟始執照）＋執照，資料，{交握}
啟始-IN：SSPLIT（啟始執照）＋執照，{交握}
完成-OUT：CSPLIT（完成執照）＋執照，交握
完成-IN：CSPLIT（完成執照）＋執照，{資料}，交握
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錯誤檢查
由 USB 規格所支援的錯誤檢查機制包含了：
封包錯誤辨識
假的 EOP
匯流排逾時（time-out），沒有回應
資料緊密連接錯誤檢查
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循環多餘檢核（CRC）位元
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資料緊密連結（Data Toggle）位元
在高速傳輸時，為了在一個微訊框同時支援 3 組資料
傳輸以進行高速等時傳輸，USB 2.0 採用 DATA2 與
MDATA 等 2 種規格的全新資料 PID。高速中斷傳輸能
在 DATA0 與 DATA1 PID 之間進行緊密連結。
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