USB作為目前計算機的最廣泛使用的外設介面，讓我們變得越來越便利。

     USB的設計理念與傳統的外設介面設計有很大區別，一般的外設介面設計僅僅規定通訊過程的實現，很少涉及到通訊內容本身。而USB協議則對通訊內容的解析有很多規定，因此其協議內容比一般的協議都複雜，即使你理解TCP/IP協議，但是當面對USB協議時，也會感覺一頭霧水。

     正因為USB實現目標是多種不同型別和速度裝置的連線，因此其靈活性也導致了其複雜性，當我剛開始接觸USB的時候，也感覺很多技術文件不知所云。根本就不知道USB是個什麼概念。經過大量的資料閱讀和測試，才大概瞭解了其基本原理，走了很多彎路，有過很多錯誤觀念。

     1） 一般計算機的外設介面可以描述如下

                    主機系統<---->主機控制晶片 <------------------電纜--------------> 裝置通訊晶片 <------>裝置處理器

                    程式負責寫入資料到晶片緩衝區，然後傳送控制命令給晶片，由晶片負責傳送一個數據，當晶片接收到一個數據會產生中斷訊號通知程式處理收到的資料。

                   在主機端，實現與晶片互動的程式就是裝置驅動或匯流排驅動程式，在裝置端，一般用微控制器程式控制通訊晶片實現資料通訊。

     2）在USB的外設通訊原理中，依然沒有什麼新的技術，一樣採用上述的硬體結構。

     3）但是，USB實現的是外設通用介面，無論外設的型別和速度怎樣（當然速度是有限制的），都可以通過這個介面接入系統。在以前的介面中，如鍵盤、滑鼠、硬碟均有特定的介面，也有特定的驅動程式來實現資料的互動。一個驅動對應一個介面（外設）。而USB則是一個介面對應的裝置個數是不確定的，型別也是不確定的，因此其對應的驅動程式個數不定，驅動程式也不定，這就要求作業系統能動態的檢測裝置的型別，動態地載入驅動程式。

                                        主機系統

                                              |

                                        主機USB通訊控制器

                                         USB 根集線器HUB 

                                     /             |                 \

                              裝置1       裝置2          集線器HUB1

                很多裝置可以連線到同一個集線器上，這就類似乙太網的集線器。我們在電腦上看到很多USB介面，它們可能連線到同一個USB主控制晶片。       

                因為多個裝置連線到同一個介面，  裝置通訊就可能發生衝突，因此必須有一套機制保證資料傳輸的協調。                         

     4）與乙太網的對等通訊機制不同，USB是用來連線計算機的外部裝置的，因此其通訊過程存在主從關係。

            裝置永遠只能是準備資料，不能主動傳送資料到主機。

            主機驅動程式會輪流讀取各個裝置的狀態，從狀態中判斷各個裝置是否有資料要傳給主機。

     5）一個外部裝置在主機系統中均有一個對應的驅動程式。而裝置驅動程式是呼叫更加底層的USB匯流排驅動程式與外設通訊的。

          使用者程式向裝置寫入一個數據的過程（如一個1024位元組的資料包）：

           <1>  資料首先被轉發給裝置驅動程式，其實就是通過很多次的呼叫，最終會呼叫到裝置驅動程式中的傳送資料的函式。

           <2> 裝置驅動程式是負責與一個具體的裝置（如滑鼠、U盤）通訊的業務邏輯處理的。

                  裝置驅動程式要傳送一個數據給裝置，首先把一個大的資料按照USB容許的最大資料包長度進行分解，然後每次傳送一個數據包給裝置。

                  例如裝置的端點一次最大容許接收512位元組，那麼就被分解成兩個資料包。

                  裝置驅動程式每次呼叫USB主控制器驅動程式傳送一個數據包。

           <3> USB主控制器驅動是負責管理連線到本控制器的所有裝置，並協調其通訊過程的。USB主控驅動程式把資料包傳送給實際的裝置，資料包中包含了裝置編號。

                   主控制器驅動程式傳送一個數據包給裝置的時候，是佔用一個事務週期的，就是傳送資料的過程中是不能去做其他事情的。

                   傳送一個數據包占用一個匯流排時間片，在這個時間片裡，匯流排全力處理這個事務（傳送資料包）。

           <4> 主控制器驅動程式傳送一個512位元組資料包給裝置的過程，又被分解成三個階段：

                  首先是主機發送一個命令（令牌包）給裝置，告訴裝置主機準備傳送資料了。

                  緊接著主機發送512位元組資料包給裝置。

                  裝置如果正常接收到，就返回一個訊號（握手包）告訴主機。主機收到這個訊號後就可以做其他事情了。

                   上面的三個階段是連續的，中間不能穿插其他的匯流排通訊操作。

         驅動程式從裝置讀一個數據的過程：

           <1> 首先向裝置傳送一個命令包，命令包格式必須遵從USB協議規定。

    <2> 裝置收到命令資料包後，從中解析出主機的命令意圖，發現是要求本裝置上傳資料。裝置向晶片寫入資料，並寫入傳送命令，資料從裝置傳輸到主機。

           <3> 主機收到資料後，向裝置輸出一個應答包，告訴裝置資料是否成功接收。

          主機要從裝置獲得某些特定的資料，獲得U盤的一個扇區資料：

            <1>主機首先要告訴裝置準備好哪個扇區的資料到裝置的USB晶片中，USB裝置從U盤的儲存區找到扇區並把資料拷貝到USB晶片中是需要時間的。

                  第一個事務過程，向裝置輸出讀扇區資料的命令。

                  a. 向裝置輸出一個令牌包，告訴裝置準備接收資料。

                  b. 向裝置輸出一個數據包，資料內容為扇區號和讀扇區命令。

                  c. 裝置收到資料後，回答一個握手包（ACK）給主機。

             <2>主機在完成第一個事務後，就可以做其他事情了。在做其他事情時，偶爾檢查下裝置是否準備好資料（向裝置發一個IN包，裝置如果回答NAK表示沒準備好）。

             <3> 裝置準備好資料後，就可以進入第二個事務。             

                   a. 向裝置輸出一個IN令牌包，告訴裝置準備傳輸資料。

                   b. 裝置輸一個數據包，資料內容為扇區資料。

                   c. 主機收到資料後，回答一個握手包（ACK）給裝置。