[USB波形分析] 全速USB波形数据分析(一)

在之前的文章一次CAN波形分析之旅里，根据示波器采集的波形数据，详细地分析了CAN通信。今天来分析USB数据，还是同样的流程，但是这次使用matplotlib来协助分析。

USB基本波形

USB通过一对差分信号进行数据传输，这对差分信号叫D+和D-，用示波器抓取一段D+和D-的信号，保存成CSV格式，用matplotlib绘制该信号：

 

分了方便分析，我们将D+和D-分别绘制：

 

标记数据包(Packet)的组成：

 

进一步细化数据包(Packet)的内容

 

USB数据分析

起始帧数据包（FRAMEPACKET）

全速USB会每隔1毫秒发送一包起始帧数据包（FRAME PACKET），由PID，FRAME_NUMBER和CRC三部分：

 

 

PID（Packet ID）为数据包标识符，为8位长度，低4位为标识符数值，高4位值为低4位数值按位取反。起始帧数据包对应的PID为1010 0101(最左侧为最高位，下同）

这里需要注意，USB数据流先传输最低字节的最低位，同时按照NRZI方式编码，即（值不变表示数据'1'，值发生改变表示数据'0'）。

 

令牌数据包（TOKEN PACKET）

令牌数据包由PID，ADDR，ENDP和CRC四个段组成。一共有三种令牌：

• IN
• OUT
• SETUP

 

令牌IN对应的PID为0110 1001

 

令牌OUT对应的PID为1110 0001

 

令牌SETUP对应的PID为0010 1101

 

 

数据包(DATA PACKET)

数据包由PID，PAYLOAD，CRC三个段组成，

 

 

DATA1对应的PID为0100 1011

 

握手包(HANDSHAKE PACKET)

握手包只包含PID段，全速USB一共有3种握手状态

• • • ACK

报告数据已经被成功收到。

• • • NAK

报告设备临时无法发送或接收数据。也用于在中断事务期间通知主机没有要发送的数据。

• • • STALL

设备发现自己处于需要主机干预的状态(端点停止，或者不支持控制管道请求)

 

 

ACK状态对应的PID为1101 0010

 

 

NACK状态对应的PID为0101 1010

 

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[参考资料]

• http://www.yts.rdy.jp/usb/waveform/waveform.html
• https://elearning.renesas.com/file.php/1/CoursePDFs/DevCon_On-the-Road/DevCon_On-the-Road/Operating_Systems/Embedding_USB_-_The_Implementation_Challenges_and_Limitations.pdf