USB基础 -- USB 控制传输（Control Transfer）的重传机制
USB 控制传输（Control Transfer）的重传机制
1. 控制传输的事务结构
控制传输分为三个阶段，每个阶段都有自己的事务，并可能触发重传机制：
- 设置阶段（Setup Stage）：主机发送 8 字节的
Setup Packet。 - 数据阶段（Data Stage）：主机或设备发送数据（可选）。
- 状态阶段（Status Stage）：主机和设备确认传输完成。
每个阶段基于 USB 事务（Transaction），包括以下内容：
- 令牌包（Token Packet）：标识事务类型和数据方向。
- 数据包（Data Packet）：承载实际传输的数据。
- 握手包（Handshake Packet）：用于确认事务状态。
2. 协议细节与比特位内容
令牌包（Token Packet）
-
格式：
SYNC (8 bits) | PID (8 bits) | ADDR (7 bits) | ENDP (4 bits) | CRC5 (5 bits) | EOP- SYNC (8 bits)：同步字段，用于设备锁相。
- PID (8 bits)：标识包类型，如
SETUP（0x2D）和OUT（0xE1）。 - ADDR (7 bits)：设备地址，指定目标设备。
- ENDP (4 bits)：端点号，标识目标端点。
- CRC5 (5 bits)：校验令牌包内容的循环冗余校验码。
- EOP：包结束标志。
-
重传机制：
- 如果设备未接收到完整或正确的令牌包，它会忽略事务，主机在超时后重发。
数据包（Data Packet）
-
格式：
SYNC (8 bits) | PID (8 bits) | DATA (0-1024 bytes) | CRC16 (16 bits) | EOP- SYNC (8 bits)：同步字段。
- PID (8 bits)：
DATA0（0xC3）或DATA1（0x4B）表示数据包序号。 - DATA (0-1024 bytes)：实际数据，长度由事务决定。
- CRC16 (16 bits)：校验数据包的完整性。
-
重传机制：
- 如果设备收到数据包但校验失败（CRC16 错误），设备会发送 NAK（0x5A） 或不响应。
- 主机会根据 NAK 信号进行重传。
- 数据切换位（Data Toggle）：用于标识数据包的序号（
DATA0或DATA1），主机和设备通过序号同步避免重复数据。
握手包（Handshake Packet）
-
格式：
SYNC (8 bits) | PID (8 bits) | EOP- SYNC (8 bits)：同步字段。
- PID (8 bits)：
ACK (0xD2)：设备正确接收数据。NAK (0x5A)：设备暂时无法接收数据。STALL (0x1E)：设备无法处理请求。
-
重传机制：
- 如果主机未收到
ACK，或者收到NAK/STALL，它会触发重试逻辑。 - 重传次数由主机控制器实现，通常重试 3 次后报错。
- 如果主机未收到
3. 重传逻辑触发点
以下情况可能触发控制传输的重传：
-
令牌包丢失或损坏：
- 如果设备未检测到完整的令牌包，则不响应，主机会超时后重传。
-
数据包丢失或损坏：
- 如果设备检测到
CRC16错误，发送NAK，主机会重传。 - 如果数据序号不匹配（
DATA0或DATA1），设备会忽略，主机重新发送。
- 如果设备检测到
-
握手包丢失：
- 如果主机未收到
ACK，会重新发送数据包。
- 如果主机未收到
4. 示例流程：控制传输中的重传
假设主机与设备进行以下控制传输：
-
主机发送
Setup Packet：- 主机发送令牌包和
DATA0，设备校验后发送ACK。 - 如果设备未发送
ACK，主机会重传。
- 主机发送令牌包和
-
主机发送数据（数据阶段）：
- 主机发送
DATA1包。 - 设备检测
CRC16错误，返回NAK。 - 主机重发数据，直到收到
ACK。
- 主机发送
-
状态阶段：
- 主机发送
IN令牌包，设备返回ACK确认完成。 - 如果主机未收到
ACK，会重传。
- 主机发送
5. 比特位重传的关键技术
- PID 检测：通过 PID 校验机制，设备和主机能检测包类型和有效性。
- CRC 校验：对令牌包和数据包进行错误检测。
- NAK 反馈：设备未准备好时，返回
NAK请求重传。 - 超时机制：主机设定超时时间，未收到响应会重发。
通过上述比特位级别的校验和反馈机制，USB 控制传输实现了可靠的重传逻辑，有效保证数据完整性和可靠性。