usb 设备状态切换
前面介绍了usb 设备的状态如下:
attached
powered
default
address
configured
suspended
设备插入后,先进入【attached】 状态,然后hub 端口配置进入【powered】 状态;主机发起复位信号,设备进入【default】状态,然后分配设置地址,设备配置。
usb 设备识别
usb 内部连接
1):高速数据传输。产生高速k/j 信号。d+/d- 上电流为17.78ma。
(2):用于低速获取全速传输。产生se0
(3):差分数据接收。用于接收高速数据。
(4):传输数据包检测。当接受差分信号低于数据阈值vhssq,数据无效
(5):低速差分数据接收。用于接收低速数据
(6):高速端口检测。当连接器电压大于625mv 必须指示设备断开。当电压小于525mv 设备连接
(7):单端接收。用于ls/fs
(8):下拉电阻(15k)。上游端口使用。一般 host端
(9):上拉电阻(1.5k)。下游端口使用。device
usb 硬件连接
低速设备
全速/高速设备
整个usb 系统对于上游端口(一般是hub 或者host),d+ d- 连接着rpd(15k)
对于下游端口,一般是usb device。根据速度模式不同匹配不同的终端电阻。ls 设备 d- 连接着rpu(1.5k)。fs/hs d+ 连接着rpu(1.5k)
可以看到ls 与 fs 信号电平完全相反。
从硬件分布可以看到。一个usb设备 可以同时支持ls/fs,hs/fs,但是不能同时支持ls 和 hs
对于hs 与 fs 的区分,依赖于高速握手信号(handshake)和 终端电阻rs(45)的挂载及切换。
设备断开与连接
设备断开:
设备连接:
对于高速设备,它先作为全速设备被识别出来,然后再被识别为高速设备。工作于高速模式时,d+的上拉电阻是断开的,所以对于工作于高速模式的usb设备,无法通过d+的引脚电平变化监测到它已经断开。
工作于高速模式的设备,d+、d-两边有rs 45欧姆的下拉电阻,用来消除反射信号:
当断开高速设备后,hub发出信号,得到的反射信号无法衰减,hub监测到这些信号后就知道高速设备已经断开。
速度枚举
设备插入,进入powered 状态
首先进入fs 检测。usb device 进入idle 状态
主机驱动产生se0
device responds chirp k 信号。
host 回应chirp k 和 chirp j 对至少保持3对
移除d+ 上rpu 并挂载高速设备终端电阻rs (45ω),产生高速 j/k 信号
进入hs idle 状态。
sof
整个过程d+ d- 上电平变化。
全速 idle:d+ 为高电平,d- 低电平
全速chirpj:17.78ma * (15k || 45ω) ≈ 800mv
高速j:17.78ma * (45ω || 45 ω) ≈ 400mv
高速 idle:d+, d- 接近低电平
高速握手信号handshake
高速握手信号是用来进行速度协商,区分fs/hs。当检测到以下行为时将进入高速握手:
如果一个设备从suspend 状态恢复时,则在设备检测到se0 支持不少于2.5us 立即进入高速握手。---- 挂起
如果设备正在从全速设备进行复位,则设备在检测到se0 不少于2.5us 不超过3ms 内,立即进入高速握手 ---- 上电
如果设备从高速状态进行复位,那么设备在恢复到全速状态之前等待不少于3ms。设备对总线状态进行采样,并检查se0,不少于100us,立即进入高速握手。---- 复位
总结
整个usb 高速设备枚举流程大致如下:
设备上电,attached 检测,在100ms 内vbus > 4.01 v
hub poweron, 100ms 内d+/d- 电平稳定
主机发出复位信号se0, 持续10ms(10ms 完成速度枚举)
se0 期间进行高速握手信号
维持d+ 设备发出chirp k
hub 回应chirp k 和 chirpj 对
移除上拉电阻,并挂载高速45ω等效对地电阻,产生高速j/k 信号
设备准备接收set_address 请求
开始描述符获取(设备描述符/配置描述符/...)
主机可访问设备
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