一、參考資料
1.《USB基礎知識概論》
http://www.crifan.com/files/doc/docbook/usb_basic/release/html/usb_basic.html
2.《USB in a NutShell》
http://www.beyondlogic.org/usbnutshell/usb1.shtml
3.《USB開發大全（第四版）》
http://download.csdn.net/download/qqqq419276485/7839403
二、USB基礎知識
2.1 USB硬件知識
從物理上的邏輯結構來說，USB設備包含了主機Host端和設備Device端。其中，主機Host端，有對應的硬件的USB的主機控制器Host Controller；而設備端，連接的是對應的USB設備。USB的主機控制器有四種類型，分別是OHCI和UHCI，EHCI，和xHCI，它們之間的區別和聯繫如下表所示。
USB2.0的標準接口引腳定義如下，包含一根電源線，一根地線，兩根信號線。USB3.0的接口引腳較多，在此不再展開，可參考文章《USB
2.0 A型、B型、Mini和Micro接口定義及封裝》 和《USB 3.0連接器引腳、接口定義及封裝尺寸》。值得一提的是，目前多數手機廠商已宣佈統一使用Micro USB接口作爲手機充電器標準接口。
2.2 USB軟件知識
要使USB設備正常工作，除了硬件之外，還需要軟件的支持。對於USB設備端來說，內部是需要有對應的設備端驅動，稱其爲固件Firmware，它實現了設備端USB所要做的事情，主要是相應一些標準的請求，完成對應的數據讀取和寫入等。對應的，在主機Host端，也需要對應的驅動，此部分驅動，不論是Linux下，還是Windows下，都已經實現了常見的驅動了，所以一般來說，很少需要驅動開發者再去寫相關的驅動。
在設備驅動開發階段或者USB出現問題，需要調試的時候，往往就需要一些USB調試工具了。一般來說，都包含了對應的USB硬件測試工具，加上對應的軟件工具，去捕獲對應USB總線上的數據，即所謂的USB抓包，然後再去分析抓取出來的數據，是否是期望的，是否符合USB協議的規範定義。另外，當然也有一些USB開發相關的工具，具體工具可在網上查詢。
三、USB協議概覽
關於USB 2.0和USB 3.0等USB的協議規範，可以去官網下載：
http://www.usb.org/developers/docs/
USB協議的文檔頁數很多，沒必要看完整個USB標準。此處，就來簡單以USB 2.0規範爲例，分析一下，具體其都主要包含哪些內容。你會發現，其實和USB協議本身相關的內容，相對則不會那麼多，大概只有97頁左右的內容，是我們所要關心的。
附錄1：USB 2.0標準協議規範筆記
第4章 架構概述
本章顯示了通用串行總線(Universal Serial Bus, USB)架構和重要概念的概述。USB是一種有線總線，支持主機計算機和大範圍同時可訪問的外設之間數據交互。附屬的外設通過一種主機調度和基於令牌的協議共享USB帶寬。總線允許外設在主機和其它外設在操作時依附，配置，使用和分離。
4.1 USB系統描述
USB系統被描述爲三種定義域：
> USB互連
> USB設備
> USB主機
USB互連是USB設備和主機之間連接與通信的方式。包括下列部分：
> 總線拓撲：USB設備與主機之間的連接模型。
> 內層聯繫：In terms of a capability stack, the USB tasks that are performed
at each layer in the system.
> 數據流模型：系統中數據通過USB在產生者與消費者之間移動的方式。
> USB調度：USB提供了共享的內部連接。訪問內部連接是被調度的，爲的是支持同步數據傳輸並消除仲裁開銷。
4.1.1 總線拓撲
USB物理層內部連接是一種分層的星狀拓撲。USB hub位於每個星的中心。圖4-1闡述了USB的拓撲。
第5章 USB數據流模型
5.1 實現者視角
圖5-2顯示了一個較深的USB視圖，特別的，有四個重點實現區域：
> USB物理設備：USB線尾端的一小塊硬件，執行一些有用的終端用戶功能。
> 客戶端軟件：在主機端執行的軟件，響應USB設備。這個客戶端軟件典型地由操作系統提供或伴隨USB設備提供。
> USB系統軟件：在特定操作系統中支持USB的軟件。USB系統軟件典型地由操作系統提供，獨立於特定的USB設備或客戶端軟件。
> USB主機控制器(主機端總線接口)：使得USB設備可以被連接到主機的硬件和軟件。
物理視角的USB通信如章節6、7和8中所描述，與章節9和10所講述的邏輯視角通信有關聯。本章講述這些影響USB實現者的關鍵概念，應該被所有人閱讀。
爲了描述和管理USB通信，下列概念是重要的：
> 總線拓撲：5.2講述了USB主要的物理和邏輯組件，以及它們如何相互關連。
> 通信流模型：5.3到5.8講述了主機與設備間通過USB是如何通信的，定義了四種USB傳輸類型。
> 總線訪問管理：5.11講述了主機內的總線訪問是如何被管理的，以支持USB設備大範圍的通信流。
> 等時傳輸的特殊考慮：5.12講述了USB對於需要等時數據傳輸設備的特殊性。對於非等時傳輸的設備實現着不需要閱讀5.12。
5.2 總線拓撲
USB拓撲有四個主要部分：
> 主機與設備：USB系統的主要組件
> 物理拓撲：USB單元如何連接
> 邏輯拓撲：多種USB單元的角色和職責，從主機和設備視角來看USB如何呈現
> 客戶端軟件到功能的關聯：客戶端軟件同與它相關的USB設備上的功能接口之間的如何看待彼此
5.2.1 USB主機
USB邏輯組成如圖5-3所示，包含下列部分：
> USB主機控制器
> 集成的USB系統軟件(USB驅動，主機控制器驅動和主機軟件)
> 客戶端
5.2.2 USB設備
USB物理設備的邏輯構成如圖5-4所示，包含下列部分：
> USB總線接口
> USB邏輯設備
> 功能
爲幫助主機識別和配置USB設備，每個設備攜帶並報告配置相關信息。所報告信息的一部分對於所有邏輯設備是相同的。其它信息與設備提供的功能相關。這種信息的詳細格式非常多，取決於設備的設備類。USB設備的完整討論參考章節9。
5.2.3 物理總線拓撲
USB上的設備物理上通過一個分層的星狀拓撲連接，如圖5-5中所闡述。USB依附點由一種被稱爲集線器(hub)的特殊USB設備類所提供。集線器提供的附加依附點被稱爲端口(port)。主機中嵌入的集線器被稱爲根集線器(root hub)。主機通過根集線器提供一個或多個依附點。提供給主機附加功能的USB設備被稱爲功能(function)。爲了防止循環依附，分層的順序被施加在USB的星形拓撲。
5.2.4 邏輯總線拓撲
當設備物理上依附到分層、星狀拓撲的USB，主機與每個邏輯設備通信有如它是被直接連接到根端口的，如圖5-7所示，對應於圖5-5中所示的物理拓撲。集線器也是邏輯設備，但爲了簡化圖沒有在圖5-7中顯示。儘管絕大多數主機/邏輯設備活動使用這一邏輯視圖，主機維護一個物理拓撲來支持移除集線器時的處理。當一個集線器被移除，所有依附於該集線器的設備必須從主機視角的邏輯拓撲中被移除。
5.2.5 客戶端軟件到功能的關聯
儘管USB的物理和邏輯拓撲反映了總線的共享本性，但是客戶端軟件(CSw)操作USB功能接口被呈現爲它只處理它感興趣的接口。圖5-8闡述了設備設計者視角的客戶端軟件與USB功能之間的關係。
5.3 USB通信流
USB提供了主機上軟件與它的USB功能之間的通信服務。功能可以有針對不同的客戶端到功能交互的不同的通信流需求。USB提供了更好的總體總線利用率，通過允許不同的通信流到USB功能的分隔。每個通信流利用一些訪問的總線來完成客戶端與功能之間的通信。每個通信流在設備上的一個端點被終止。設備端點被用於識別通信流。
圖5-9顯示了圖5-2的一個更爲詳細的視圖。圖5-2所支持的邏輯設備和功能層通信流的實際通信流的完整定義。這些實際通信流跨越幾個接口邊界。兩個主機端的軟件接口如下：
> 主機控制器驅動(Host Controller Driver, HCD)：USB主機控制器與USB系統軟件之間的軟件接口。這個接口允許一定範圍內的主機控制器實現，而不需要所有的主機軟件依賴於任何特定實現。一個USB驅動可以支持不同的主機控制器，而不需要主機控制器實現的特定知識。主機控制器是實現者提供一個HCD實現來支持主機控制器。
> USB驅動(USB Driver, USBD)：USB系統軟件與客戶端軟件之間的接口。這個接口提供給客戶端方便的函數來操作USB設備。
USB邏輯設備對於USB系統來講是端點的集合。端點分組成端點集來實現一個接口。接口被視爲功能。USB系統軟件使用默認控制管道來管理設備。客戶端軟件使用管道束(與一個端點集相關聯)操作一個接口。客戶端軟件請求數據通過USB在主機上的緩存和USB設備上的端點之間移動。主機控制器(或者是USB設備，取決於傳輸方向)打包數據通過USB移動數據。
圖5-10闡述了端點與主機端內存緩衝之間如何通過管道傳遞通信流的。
