嵌入式Linux USB Host驱动移植与适配工程 - 第1节

1. USB协议基础

USB（Universal Serial Bus）采用星形-菊花链混合拓扑，由主机（Host）、集线器（Hub）和设备（Device）三级节点构成。整个总线以主机为根，通过集线器向下扩展，最多支持 127 个设备地址（含集线器自身）。

1.2 主机与设备角色定义

USB 总线是严格的主从架构，所有事务均由主机发起，设备只能被动响应。角色定义如下：

1.3 USB传输类型

USB 规范定义了 4 种传输类型，分别对应不同的带宽、延迟和可靠性需求。驱动开发者必须根据设备端点描述符中的 bmAttributes 字段选择正确的传输类型。

1.3.1 传输类型对比

1.3.2 各传输类型详解

• 控制传输 (Control Transfer)：USB 协议的基石，所有设备必须支持端点 0。分为 Setup、Data（可选）、Status 三个阶段。用于设备枚举、获取描述符、设置配置。
• 批量传输 (Bulk Transfer)：利用空闲带宽传输大量数据，不保证延迟。在 USB 2.0 下理论速度可达 53.248 MB/s。驱动中通常使用 URB（USB Request Block）提交批量请求。
• 中断传输 (Interrupt Transfer)：主机以固定间隔轮询设备，保证最大延迟。轮询间隔在端点描述符的 bInterval 字段中指定。适用于人机交互设备。
• 同步传输 (Isochronous Transfer)：预留固定带宽，无重传机制，允许少量数据错误。用于实时音视频流。驱动中需注意缓冲区管理和帧同步。

1.4 端点与管道模型

USB 通信的底层抽象是端点（Endpoint）和管道（Pipe）：

• 端点：设备上的数据收发单元，每个端点有唯一地址（Endpoint Number）和方向（IN/OUT）。端点 0 为控制端点，所有设备必须支持。
• 管道：主机与端点之间的逻辑连接。管道在设备枚举时建立，由 usb_host_endpoint 结构体描述。

1.5 枚举过程简述

设备插入后，主机通过以下步骤完成枚举，这是驱动移植中必须验证的基础流程：

1. 复位：主机向设备发送复位信号，设备地址恢复为 0。
2. 获取设备描述符：主机通过控制传输读取前 8 字节（含 bMaxPacketSize0）。
3. 再次复位：根据 bMaxPacketSize0 重新配置端点 0 最大包长。
4. 设置地址：主机分配唯一地址（1~127），设备确认后切换地址。
5. 获取完整描述符：读取设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符。
6. 选择配置：主机发送 Set Configuration 请求，设备进入配置状态。

1.6 本章小结