USB 到底是如何通信的（三）？

来源：公众号【鱼鹰谈单片机】

作者：鱼鹰Osprey

ID ：emOsprey

昨天发了一通牢骚《不接广告行不行？不接广告你养我吗？》，感谢各位道友的支持与理解，不过牢骚归牢骚，还是需要继续更新的，不管外界如何，这个系列鱼鹰肯定要更新完的。

前两周，我们知道了为什么要学 USB，还有介绍了 USB 的整体情况：

《为什么说你要学习USB?（一）》

《USB 之概述》

今天，鱼鹰再介绍一下USB是如何通信的，即如何通过两根数据线完成通信呢（也就是上图中的最底层通信）？

USB通信格式

前面简单提到过，USB接口最少有四根线连接，其中有两根是数据线，而所有的USB数据传输都是通过这两根线完成的，那么它是怎么做到的？

我们知道，串口为了实现通信，规定了起始位、停止位，有时候也可能增加奇偶校验位，如果你知道了串口的波特率，那么你就可以正确的接收到发送方发来的数据。

那么USB应该也有相应的通信格式要求才对，那么它的格式是怎么样的？

因为 USB 通信远比串口复杂的多，所以本节内容不会面面俱到，更多的是为后面的学习提供基础，因此有些内容不会展开描述，感兴趣的可以查找相应的资料学习。

串口中高电平代表1，低电平代表0，并且是全双工通信，即可以同时发送和接收数据。

而 USB 有所不同，它虽然也有两根数据线，但它们却是采用差分传输，即需要两根数据线配合才能传输一个bit，因此是半双工通信，同一时间只能发送或者接收。

首先我们需要了解一下差分 0 和差分 1 这两种状态：

差分1：数据线 D+ 为高电平， D- 为低电平时为差分 1；

差分0：数据线 D+ 为低电平， D- 为高电平时为差分 0。

但是要注意的是，这里的差分0、差分1可不是代表数据0和1，而仅仅只是数据线表现的状态，和真正的数据还有距离。

USB 规定，如果电压电平不变，代表逻辑1；如果电压电平变化，则代表逻辑0，这就是 NRZI （Non-Return-to-Zero Inverted Code）编码（关于这个编码感兴趣的可以看次条文章）。

看下图进行理解：

USB不通信时，数据线处于闲置状态（类似于串口的高电平闲置），一旦需要开始通信，首先切换到K状态（类似串口的起始位），再进行实际的数据传输，在这里传输的数据为 000011，实际的数据线状态为差分101000，传输完毕后需要发送结束信号EOP：2位的 SE0，再加 1 位的J状态（类似串口的停止位）。

这里只是简单的说明，实际上的数据传输比这个还要复杂一些，但大体是一致的（上述可能会有误，毕竟鱼鹰没有使用示波器查看过，通过资料进行理解的）。

并且需要注意的是，上述描述的闲置状态和J、K等状态和设备类型有关，即全速设备和低速设备这些状态的定义不同（这个可能和设备数据线的上拉电阻位置相关）。