利用“USB协议分析仪”解析USB协议

简介：
本课程通过使用USB协议分析仪工具，深入讲解和实践USB协议的解析方法，帮助学员掌握USB通信的核心技术。 ### 使用“USB协议分析仪”分析USB协议 #### 一、USB枚举过程分析 当一个USB设备连接到计算机上时，会发生一系列识别与配置的过程，即所谓的USB枚举过程。这个步骤对于确保设备能够正常运行至关重要。 **1.1 STEP1** - **总线复位：** 当设备插入或系统重新启动时，整个USB总线会经历一次初始化操作。此时所有连接的设备都将被重置到默认状态。 - **GET_DESCRIPTOR指令：** 复位完成后，主机将向默认地址0发送一个GET_DESCRIPTOR指令包，以获取设备的基本描述信息。这一步骤是为了解设备的基础属性，例如制造商和产品信息等。 **1.2 STEP2** - **再次复位：** 这次的复位是由软件控制而非物理插拔触发。 - **SET_ADDRESS指令：** 主机向默认地址发送一个SET_ADDRESS指令包，目的是给新连接的设备分配唯一的一个地址以备后续通信使用。 **1.3 STEP3** - **请求设备描述：** 接着主机将向步骤二中指定的新地址发送GET_DESCRIPTOR指令包，从而获取更详细的设备描述信息。这些信息通常包括了关于该设备的能力和端点配置等数据。 **1.4 STEP4** - **请求配置描述：** 在成功获得设备的描述符之后，接下来主机将继续通过发送更多的GET_DESCRIPTOR指令来获取有关配置的信息。这样的操作是为了解决如何正确设置并使用这个USB外设的问题。 **1.5 STEP5** - **获取所有描述符：** 主机可能会在此阶段多次发出GET_DESCRIPTOR命令以确保它能够收到设备的所有可能的配置和接口描述信息，以便完全理解设备的功能及可用选项。 **1.6 STEP6** - **设置配置：** 最后主机向该USB外设发送SET_CONFIGURATION指令包，通知其启用哪一个具体的配置。这一步骤标志着设备可以正式开始与计算机进行数据交换了。 #### 二、数据分析 **2.1 协议知识** - **USB数据包结构：** USB通信中的每个数据包由前导码、同步场、地址字段、数据字段和CRC字段构成，每种类型的包都有特定的功能。例如令牌包用于发起传输请求；数据包携带实际的数据负载；握手响应则确认了接收或发送过程的成功。 - **事务处理：** 一个完整的USB通信单元通常包括一个令牌包（Token）、一个数据包（Data）和一个握手响应（Handshake）。这种组合构成了最基本的USB交易模式。 **2.2 USB传输实例分析** 例如，在GET_DESCRIPTOR指令中，主机首先发出一个令牌包请求描述符信息；随后设备会返回包含所需详细信息的数据包；最后主机发送握手确认接收。如此便完成了一个完整的事务处理流程。 #### 三、USB标准描述符解析 **3.1 协议相关内容** - **描述符类型：** USB规范定义了多种类型的描述符，包括但不限于设备描述符和配置描述符等。每种具体的描述符提供了关于该外设的不同方面的信息。 - **作用与意义：** 描述符是主机了解USB设备功能及设置选项的关键途径。 **3.2 枚举过程中的关键描述** - **设备描述符：** 包含了设备的基本信息，如类型、版本号和制造商等； - **配置描述符：** 提供关于外设配置的细节，比如端点的数量及其各自的功能说明。 - **接口描述符：** 进一步详述各个接口的工作方式及支持功能。 #### 四、枚举失败常见原因分析 **4.1 例1：设备描述符错误** - **问题描述：** 设备发送的描述信息可能不符合USB规范，或者存在其他形式的数据不一致。 - **解决方案：** 确认固件是否正确实现了所有必要的描述符，并且严格遵守相关标准。 **4.2 例2：地址冲突** - **问题描述：** 如果两个或多个设备被分配了相同的地址，则会导致通信混乱和错误。 - **解决方案：** 必须保证每一个连接的USB外设都被指定了一个独一无二的地址以避免混淆。 **4.3 例3：电源不足** - **问题描述：** 设备可能因为供电不稳定或者电流供应不足而无法正常工作。 - **解决方案：** 应使用符合要求的电源适配器，并确保连接设备的USB端口有足够的电力支持。