USB 簡介[6]

終於到了最後也是最重要的一章，鼎鼎有名的Chapter 9，USB Device Framework。

為什麼這一章這麼有名？因為前面的鋪陳完全就是在這一章爆發啊。重點是，USB標準測試程式，USBCV（USB Command Verifier），跟微軟的WHCK（Windows Hardware Certification Kit），就是一直在找Chapter 9的碴啊。

第一點，USB裝置可分為好幾種狀態，而每個狀態可以吃的電流是有關連的，基本上只有Configured狀態才可以吃超過100mA的電流。而比較值得注意的是，任何狀態都可以進Suspend狀態，這是因為Suspend狀態是透過Suspend訊號來偵測，很簡單。但是哪個狀態進Suspend，出Suspend之後還得是那個狀態，這個就不簡單了。在Suspend狀態中，裝置最多只能吃500uA的電，要怎麼吃那少的電，還要能夠回到上個狀態，這個就不簡單了。

第二點，當有USB裝置插上去的時候，HOST怎麼知道這個裝置到底是什麼東西？那就是透過USB Device Descriptor啦。HOST只要發個"Get Descriptor"這個標準要求給這個裝置，裝置必須回正確的Device Descriptor，這個Device Descriptor內容很簡單，就是描述這個裝置支援的USB版本、實作的Class、Control Endpoint的最大資料量、Vendor ID跟Product ID等等。

先說明『標準要求』，USB有規範一些『標準要求』（Standard Request），目的是讓每個裝置能夠回覆足夠多的資訊給HOST，這樣HOST才能繼續下個動作。有幾個一定要知道：

• Set Address：HOST透過它來設定USB裝置的位址。每個裝置插上去之後，預設的位址是0，這樣HOST才能透過位址0來讀取Device Descriptor，然後再把這個裝置的位址設到不同的位址去。
• Get Descriptor：基本上HOST透過這個要求取得USB裝置的所有資訊。
• Set Configuration：就是選擇USB裝置提供的設定，完成Set Configuration裝置才算進入Configured狀態。

其實最重要的就是Get Descriptor。提到這個要求得先提USB Descriptor。USB Descriptor有分幾種，下面只列常用的：

• Device Descriptor
• Configuration Descriptor 1
• Interface Descriptor
• Endpoint Descriptor
• String Descriptor

請注意，他們有些是有階層概念的，Configuration Descriptor主要是描述這個裝置所提供的組態。大多數的裝置都只會提供一種組態，有的會提供兩個以上，主要是電力需求的不同。Configuration Descriptor最重要的資訊就是這個組態最大吃多少電流，以及這個組態支援幾個Interface。要選擇那個組態是HOST決定的，而對應的就是Set Configuration這個要求。

Interface Descriptor主要描述這個裝置有哪些功能（function），一個Interface代表一個功能，所以當你看到一個Configuration Descriptor裡面有包含兩個Interface時，基本上就是只這個裝置支援多種功能，也就是Composite Device。但是，還是有但是，USB後來又有出一種叫做IAD（Interface Association Descriptor）這種東西，它可以把兩個Interface組成一種功能，所以世事無絕對...。

Interface Descriptor主要描述它所支援的功能，以及它支援的Endpoint數目跟種類。它裡面還有一個叫做Alternate Setting的欄位，這個欄位主要是描述這個Interface支援哪幾種頻寬設定。還記得Interrupt跟Isochronous傳輸是有頻寬保證的嗎？這種保證是需要HOST來提供。那HOST要怎知道它能不能保證Device提出的頻寬需求？就是透過Interface Descriptor啦。Alternate Setting可以讓這個Interface提供多種Interrupt或Isochronous傳輸的組合。舉個例子，Interface Descriptor可以提供三種Alternate Setting：

• 0：需要每個SOF能夠傳輸64 byte的Interrupt Endpoint
• 1：需要每個SOF能夠傳輸512 byte的Interrupt Endpoint
• 2：需要每個SOF能夠傳輸1024 byte的Interrupt Endpoint

然後HOST可以根據目前的剩餘頻寬，選擇適合的Alternate Setting。為什麼要搞這麼複雜？因為其他的裝置可能也需要HOST保證一些頻寬，所以得這樣搞。不過我很少遇到這種狀況就是了，尤其是如果都沒Interrupt或Isochronous Endpoint的話，其實只要提供Alternate Setting 0就好了，因為Bulk傳輸並不需要保證頻寬。

而HOST要怎麼選擇Alternate Setting？當然是透過Set Interface這個需求。如果一個Interface只提供一種Alternate Setting，沒有Set Interface其實也可以。

Endpoint則是說明這個Endpoint的類型以及最大傳輸量。

String Descriptor很煩，它主要是提供一些對於Device、Configuration、Interface的描述，也就是人可以看得懂的字串。它一定得提供Unicode字串，而且還有語系之分，但是因為實在太煩了，所以大家都只用英文語系....也造成Unicode字串根本沒有用...。一般就是提供Manufacturer、Product跟SerialNumber這三個字串而已。WHCK機車的地方就在於，它會要你插上兩個同樣Vendor ID跟Product ID的裝置，然後這兩個裝置所提供的SerialNumber還得不一樣。

總結一下，當USB裝置插上HOST時，HOST會SetAddress、Get Descriptor，抓完所有Descriptor之後，Set Configuration選擇適當的組態，然後再Set Interface選擇適當的頻寬需求，結束。接下來就可以透過支援的Endpoint傳輸資料了。說真的，這些東西都不難，只是規格絕對不會跟你講HOST應該會怎麼做，而這也是最機車的地方：每種HOST的實作方式都不同，所以流程絕對不同，光是插上去的流程，就足夠引起一堆相容性問題了。

解這種相容性問題最最重要的就是一台USB Analyzer....，它可以幫你省掉很多猜測的時間。

最後，你以為這樣就完了嗎？當然沒有，如果Chapter 9有這麼簡單，我也不會到現在還在翻它...。

第一，除了Standard Request之外，它還定義了Class Request跟Vendor Request。Class Request之後會提到，每種USB Class都會規定它專屬的Class Request。Vendor Request則是這個裝置特有的要求，說真的很少裝置會提供...就算提供，HOST也不一定會讓程式發出這類要求。

第二，還記得USB裝置必須支援Test Mode來量測眼圖嗎？要怎麼進Test Mode？當然就是透過Set Feature這個要求啦。