USB接口应用

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USB是一种通用串行总线，经历了多个版本的发展，当前传输速率可达10Gbps。USB2.0作为广泛使用的高速接口，支持多种数据传输方式，包括普通数据、同步数据、事件数据和配置数据，并采用CRC进行错误检测。USB的通信模式为主从结构，最多支持127个从设备。EZFX2是目前市场上广泛使用的USB控制芯片解决方案。
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Nov 10, 2024 06:37 AM
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Data Transmission Methods
第一节：熟悉USB1.1 USB2.01.1.1 USB2.0接口1.1.2 USB2.0特点1.1.3 协议1.1.3.1 包1.1.3.2 通信状态第二节：基于EZFX2 USB开发

第一节：熟悉USB

USB是串口的一种，早期用于CPU的扩展接口，它的设计之初就是满足各种类型的数据传输，因此叫做通用串行总线（Universal Serial Bus），它与UART作为2种常见串口，作为一种通用性串行接口，要复杂很多。
USB经历了1.1,2.0,3.0,3.1GEN ,4.0的发展，目前传输速率已经达到了单lane传输的最高标志，10gbsp。

1.1 USB2.0

USB2.0很长时间被使用，它驱动电路采用的高速数据传输收发电路，因此也属于高速接口，换句话说，驱动电路不是普通的驱动而是需要用。
但是虽然USB2.0采用高速数据传输，但是相对于现在我们所使用使用的大部分高速接口采用的收发器，它采用较为简易的高速收发器。
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1.1.1 USB2.0接口

信号名
描述
D+
数据时钟差分信号正电平
D-
数据时钟差分信号负电平
gnd
信号低
vcc
总线供电信号  4.4V到5.25V  500mA

1.1.2 USB2.0特点

  1. 速率
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  1. 接口供电
      2. 自供电：大部分的接口采用自供电
      总线供电：USB支持总线供电
  1. 通信方式
      2. USB采用半双工通信，并且为主从传输的总线，为单主多点数据传输，采用树状通信模型。
      notion image
      Host：主机，整个通信系统只能有一个主机
      Function：从机，最多127个总计
      Hub：分支集线器，单个分支最多5个hub
      Tier：分支层级，不能超过7级
  1. USB2.0可靠性
      2. 一般接口通信或者总线通信传输的数据，按照应用可大致分为4种，如下：
    1. 普通数据
        2. 没有特殊要求的数据，我们都可认为普通数据，按照每次传输的数据量大小可分为，单数据传输，多数据传输，批量数据传输。
        USB2.0支持批量数据传输，不适合用来传输多数据传输，单数据传输，为可靠传输
        • 主从读写数据请求
        • 如果读，从机发送数据，如果写，从机接收数据
        • 从机应答
    2. 同步数据
        3. 有些数据是实时数据，需要立马传送，原则上不能有延迟，我们这种数据叫做同步数据，比如视频流，语音流….
        USB2.0支持同步数据传输，非可靠传输
        主机采用轮询方式不断读取数据
        • 主从读数据请求
        • 从机接发送数据
    3. 事件数据
        4. 有些数据是某个时间触发的时候才会传送数据，比如键盘按键被按下
        USB2.0支持同步数据传输，为可靠传输
        主机采用轮询方式不断检测是否有时间触发
        • 主从读写数据请求
        • 如果读，从机发送数据，如果写，从机接收数据
        • 从机应答
    4. 配置数据
        5. 有些数据是人机交互电路中寄存器参数或者命令，配置数据就是用来在人机交互的过程中传输这样的数据。
        • 主从读写数据请求
        • 如果读，从机发送数据，如果写，从机接收数据
        • 从机应答
    5. ECC
        6. USB支持ECC，采用crc校验，并且为2种CRC，如下：
        CRC5 :  G(X)=x5+x2+1
        用于非数据包校验
        CRC16: G(x)=x16+x15+x2+1
        用于数据包校验

1.1.3 协议

USB2.0以包作为链路数据，经过简易高速收发器接收或者发送链路数据，主要分为2种操作。

1.1.3.1 包

USB2.0的链路数据为包，包按照应用分为令牌包，数据包，应答包。
令牌包：主机发送读写请求的包
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Sync:   8’b0000001 (8’h1)
PID：
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ADDR[6:0] :设备编号，默认主机编号为0，从机最多127
ENDP    ：虚拟通道编号，支持多多事务
FRAM    ：帧号，支持乱序传输
数据包：主机或者从机发送数据的包
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Sync:   8’b0000001 (8’h1)
PID：
notion image
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应答包：从机应答使用的包
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Sync:   8’b0000001 (8’h1)
PID：
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1.1.3.2 通信状态

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电平状态
J状态（高电平） ：D+ 高，D- 低
K状态（低电平） ：D+低，D- 高
SEO状态 ：D+ 低，D- 高
Reset信号 ：D+ and D- < VOL for >= 10ms
通信状态
Idle状态 ：J状态数据发、送前后总线的状态
起始      ：SOP：从IDLE状态切换到K状态
同步状态：3个KJ状态切换，后跟随2位时间的K状态
数据传输状态 ：J状态表示1，K状态表示0
结束    ：EOP   2seo  +  J
Suspend状态 ：3ms以上的J状态
Resume信号 ：20ms的K状态+低速EOP

第二节：基于EZFX2 USB开发

目前USB全球基本使用现成的接口控制芯片，全球最大的USB解决方案的公司为cypress，几乎80%的用户都是用该公司的这套解决方案。
该公司提供了解决方案，同时也产生芯片，代号EZFXx(x表示协议版本号)
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