1. USB协议基础：USB总线拓扑结构、主机与设备角色、USB速度等级概述

1.1 USB总线拓扑结构

USB（Universal Serial Bus）采用星形-级联拓扑结构，由主机（Host）、集线器（Hub）和设备（Device）三层节点构成。整个总线以主机为根，通过集线器向下扩展，最多支持7层深度（含根集线器）。

1.2 主机与设备角色

USB 总线采用主从（Master-Slave）通信模型，主机始终控制总线上的所有事务，设备不能主动发起数据传输。

1.3 USB 速度等级

USB 规范定义了四种速度等级，不同速度在信号编码、线缆长度、电源要求上存在显著差异。

1.4 速度协商与识别

设备插入后，主机通过检测 D+/D- 线上的上拉电阻位置和电气特性来判断设备速度等级：

• LS 设备：D- 线上拉 1.5 kΩ 到 3.3V
• FS 设备：D+ 线上拉 1.5 kΩ 到 3.3V
• HS 设备：先以 FS 模式上拉 D+，然后通过 Chirp J/K 握手切换到 HS
• SS 设备：通过独立的 SS 差分对进行握手，与 D+/D- 无关

1.5 速度等级对 Gadget 开发的影响

在编写 USB Gadget 驱动时，速度等级直接影响以下方面：

• 端点数量：LS 最多 3 个端点（含控制端点 0），FS/HS 最多 16 个 IN + 16 个 OUT，SS 最多 32 个 IN + 32 个 OUT
• 传输类型：LS 仅支持控制传输和中断传输；FS/HS/SS 支持控制、中断、批量、等时四种传输类型
• 数据包大小：控制端点最大包大小：LS=8 字节，FS=64 字节，HS=64 字节，SS=512 字节
• 描述符配置：Gadget 驱动需要为不同速度提供独立的描述符（usb_descriptor_header 中的 speed 标志）

/* Linux Gadget 驱动中速度相关描述符注册示例 */
static struct usb_descriptor_header *fs_function_descs[] = {
    (struct usb_descriptor_header *) &fs_interface_desc,
    (struct usb_descriptor_header *) &fs_endpoint_desc,
    NULL,
};

static struct usb_descriptor_header *hs_function_descs[] = {
    (struct usb_descriptor_header *) &hs_interface_desc,
    (struct usb_descriptor_header *) &hs_endpoint_desc,
    NULL,
};

static struct usb_descriptor_header *ss_function_descs[] = {
    (struct usb_descriptor_header *) &ss_interface_desc,
    (struct usb_descriptor_header *) &ss_endpoint_desc,
    (struct usb_descriptor_header *) &ss_ep_comp_desc,  /* SuperSpeed 端点伴侣描述符 */
    NULL,
};

/* 在 bind 函数中注册 */
usb_assign_descriptors(fs_function_descs, hs_function_descs, ss_function_descs, NULL);

1.6 本章小结