一、USB是什么
USB是“Universal Serial Bus”的缩写，中文意思是“通用串行总线”。它是一种广泛使用的接口技术，主要用于连接计算机与各种外部设备，如鼠标、键盘、打印机、摄像头、移动硬盘、手机等。
主要特点
通用性强：USB接口被几乎所有类型的计算机（包括台式机、笔记本电脑、平板电脑等）和大量外部设备所支持，是一种通用的连接标准。
即插即用：大多数USB设备在连接到计算机后，操作系统可以自动识别并安装相应的驱动程序，无需用户进行复杂的配置。
支持热插拔：用户可以在不关闭计算机电源的情况下插拔USB设备，方便使用。
传输速度快：USB技术不断更新，从最早的USB 1.0到现在的USB 3.2和USB4，传输速度大幅提升。例如，USB 3.2的理论传输速度最高可达20Gbps。
支持多种设备连接：通过USB集线器，可以连接多个设备，扩展计算机的外设连接能力。
应用场景
数据传输：用于连接存储设备（如U盘、移动硬盘）来传输文件。
外设连接：连接鼠标、键盘、打印机等外设。
充电功能：许多电子设备（如手机、平板电脑）通过USB接口充电。
通信功能：一些设备（如智能手机）可以通过USB接口与计算机进行数据通信。
二、USB通信流程
以下是 USB 通信的基本流程，从设备连接到数据传输的详细描述：
1. 设备连接
物理连接：用户将 USB 设备插入主机的 USB 接口。
硬件检测：主机检测到硬件连接的变化，识别到新设备的连接。
2. 设备枚举（Enumeration）
设备枚举是 USB 通信的核心步骤，主机通过一系列的交互来识别和配置新连接的设备。
步骤 1：复位设备
主机发送复位信号：主机向设备发送复位信号，使设备进入默认状态。
设备响应：设备在复位后进入默认地址（地址 0）。
步骤 2：获取设备描述符
主机发送 GET_DESCRIPTOR 请求：主机向设备发送 GET_DESCRIPTOR 请求，请求设备描述符。
bRequestType: 0x80（从设备到主机）
bRequest: 0x06（GET_DESCRIPTOR）
wValue: 0x0100（请求设备描述符）
wIndex: 0x0000
wLength: 0x0012（请求的描述符长度）
设备响应：设备返回设备描述符，包含以下信息：
idVendor（厂商 ID）
idProduct（产品 ID）
bcdDevice（设备版本）
iManufacturer（制造商字符串索引）
iProduct（产品字符串索引）
iSerialNumber（序列号字符串索引）
bNumConfigurations（配置数量）
步骤 3：分配设备地址
主机发送 SET_ADDRESS 请求：主机为设备分配一个唯一的地址（非 0 地址）。
bRequestType: 0x00（从主机到设备）
bRequest: 0x05（SET_ADDRESS）
wValue: 分配的设备地址
wIndex: 0x0000
wLength: 0x0000
设备响应：设备接受新地址，并在后续通信中使用该地址。
步骤 4：获取配置描述符
主机发送 GET_DESCRIPTOR 请求：主机请求设备的配置描述符。
bRequestType: 0x80（从设备到主机）
bRequest: 0x06（GET_DESCRIPTOR）
wValue: 0x0200（请求配置描述符）
wIndex: 0x0000
wLength: 请求的描述符长度
设备响应：设备返回配置描述符，包含设备支持的配置信息。
步骤 5：设置设备配置
主机发送 SET_CONFIGURATION 请求：主机选择一个配置。
bRequestType: 0x00（从主机到设备）
bRequest: 0x09（SET_CONFIGURATION）
wValue: 选择的配置值
wIndex: 0x0000
wLength: 0x0000
设备响应：设备进入选定的配置状态。
3. 数据传输
设备枚举完成后，主机和设备之间可以开始数据传输。USB 数据传输基于以下几种传输类型：
控制传输（Control Transfer）
用途：用于设备控制和管理，例如获取设备信息、设置设备状态等。
特点：双向传输，主机和设备都可以发送和接收数据。
示例：设备描述符请求、设备地址分配等。
批量传输（Bulk Transfer）
用途：用于传输大量数据，如文件传输、打印数据等。
特点：可靠传输，支持错误检测和重传。
示例：USB 存储设备的数据传输。
中断传输（Interrupt Transfer）
用途：用于低延迟、小数据量的传输，如键盘、鼠标等。
特点：周期性传输，主机定期轮询设备。
示例：键盘按键、鼠标移动数据。
等时传输（Isochronous Transfer）
用途：用于实时数据传输，如音频、视频流。
特点：保证数据传输的实时性，不保证数据的完整性。
示例：USB 音频设备、USB 摄像头。
4. 设备断开
物理断开：用户拔出 USB 设备。
主机检测：主机检测到设备断开，停止与该设备的通信。
资源释放：主机释放为该设备分配的资源，如设备地址。
总结
USB 通信流程包括以下几个主要阶段：
设备连接：用户插入设备，主机检测到硬件变化。
设备枚举：主机通过一系列请求（如 GET_DESCRIPTOR 和 SET_ADDRESS）识别和配置设备。
数据传输：主机和设备根据配置进行数据传输，支持控制、批量、中断和等时传输。
设备断开：用户拔出设备，主机释放资源。