4. USB中断传输原理

4.1 中断传输的定义与特性

USB中断传输（Interrupt Transfer）是一种保证轮询延迟的传输类型，适用于小数据量、周期性、低延迟的通信场景。在电池供电设备中，中断传输是传感器数据上报、按键状态变化、HID设备报告等交互的核心承载方式。

4.2 中断端点类型与描述符

中断端点使用 端点描述符（Endpoint Descriptor） 中的 bmAttributes 字段标识传输类型为中断传输。主机在枚举阶段读取端点描述符，获取轮询间隔、最大包长等信息。

// USB 端点描述符结构（中断端点示例）
typedef struct {
    uint8_t  bLength;          // 描述符长度：7
    uint8_t  bDescriptorType;  // 描述符类型：0x05（端点）
    uint8_t  bEndpointAddress; // 端点地址：0x81（IN端点1）
    uint8_t  bmAttributes;     // 属性：0x03（中断传输）
    uint16_t wMaxPacketSize;   // 最大包长：0x0040（64字节）
    uint8_t  bInterval;        // 轮询间隔：0x0A（10ms）
} __attribute__((packed)) usb_endpoint_descriptor_t;

4.3 中断传输的事务格式

每个中断传输事务由三个阶段组成：令牌包（Token Packet） → 数据包（Data Packet） → 握手包（Handshake Packet）。对于 IN 方向中断传输，事务流程如下：

1. 主机发送 IN 令牌包：包含端点地址和设备地址，通知设备准备发送数据。
2. 设备返回数据包：设备在收到 IN 令牌后，在指定时间内返回 DATA0/DATA1 数据包。
3. 主机发送握手包：主机正确接收数据后，返回 ACK 握手包；如果数据错误，返回 NAK 或 STALL。

4.4 令牌包详解

令牌包由主机发送，标识事务的类型和方向。中断传输使用 IN 令牌（主机读取设备数据）或 OUT 令牌（主机发送数据给设备）。令牌包格式固定为 4 字节：

4.5 数据包详解

数据包携带实际传输的数据负载。中断传输使用 DATA0 和 DATA1 两种数据包 PID 进行交替切换，实现数据同步和错误检测。

• DATA0 PID：0xC3，事务开始时使用
• DATA1 PID：0x4B，与 DATA0 交替使用
• 数据字段：0~1024 字节（取决于速度）
• CRC16：对数据字段进行 16 位循环冗余校验

数据包切换规则：每个成功完成的事务（收到 ACK）后，数据包 PID 翻转。如果事务失败（收到 NAK 或超时），PID 不翻转，主机重试时使用相同 PID。

4.6 握手包详解

握手包是事务的最后一个阶段，用于报告传输状态。握手包仅包含 1 字节 PID，无数据字段和 CRC。

4.7 中断传输在电池供电设备中的调度

主机在每帧（全速 1ms）或每微帧（高速 125μs）中，按照端点描述符中的 bInterval 值调度中断传输。调度算法遵循以下规则：

• 全速设备：bInterval 取值范围 1~255，单位 ms。主机每 bInterval ms 轮询一次。
• 高速设备：bInterval 取值范围 1~16，实际轮询间隔为 2^(bInterval-1) × 125μs。
• 超高速设备：bInterval 取值范围 1~16，实际轮询间隔为 2^(bInterval-1) × 125μs，支持服务间隔的微调。

4.8 中断传输与低功耗设计的结合

在电池供电设备中，中断传输的优化需要从以下三个层面入手：