Спецификация USB, заметки по сути.

USB - универсальная последовательная шина, позволяющая подключать до 127 устройств самого различного плана и имеющая пропускную способность до 480Мбит/сек (USB 2.0), бла-бла и бла-бла... Это все знают, это можно легко прочитать на той же вики и интересно это может быть лишь для общего развития. ИМХО куда интересней собрать какую-нить свою поделку взаимодействущую с ПК через эту шину.

Задача:

Организовать soft-usb на МК AVR серии ATmega.

Но перво-наперво надо понять как в принципе работает эта шина.

Пойдем путём настоящих джедаев и скачаем с www.usb.org полную версию спецификации 2.0...

Признаться, стиль в котором там всё составлено мне совершенно не понравился, уж слишком много воды, повторений и пр.. Можно было, конечно, написать тоже более лаконично и логично, но признаем что это просто адский труд и скажем спасибо разработчикам за то, что имеем. И так, постараюсь выделить самую суть, которую просто необходимо понимать для того чтобы работать с usb на самом низком уровне.

1. Все транзакции определяются хостом: устройство должно принять данные по запросу хоста, устройство может передать данные только после того как хост спросит, нет ли данных на отправку и пр.
2. Каждое устройство при подключении проходит стадию конфигурирования: получает от хоста уникальный адрес, передаёт информацию о типе, о производителе (об этом чуть позже).
3. Хост идентифицирует каждое устройство по его адресу на шине, поле адреса занимает 7 байт, отсюда максимальное число устройств на шине - 127 (нулевой используется при конфигурации и не может быть назначен в качестве рабочего)
4. Данные по шине передаются пакетами, каждый пакет начинается с поля синхронизации, затем идёт поле PID, определяющее тип пакета, дальнейший формат определяется типом пакета. Особо стоит обратить внимание на типы Token, DATA, Handshake. (В спецификации описание взаимодействия конечного устройства с ПК переплетается с описанием взаимодействия ПК с USB-хабом, функционал хаба мы не предусматриваем и не рассматриваем всё что его касается)
5. Для контроля правильности передачи в каждом пакете предусмотрено поле CRC.
6. Для кодирования данных в линии используется формат NRZI в котором постоянство логического уровня в линии соответствует единице, а изменение - нулю.
7. Процесс передачи/получения данных выглядит следующим образом: хост посылает token с адресом устройства и указанием чего хочет - либо передать данные, либо принять их. В первом случае после token-а следует пакет с данными, после которого устройство должно ответить ASK в случае успеха или NAK в случае невозможности принять данные, ошибок CRC и пр. Во втором случае устройство само передаёт пакет данных и ожидает ASK от хоста, а с случае неудачи повторяет попытку.
8. Процесс конфигурирования. ИМХО самая сложная стадия... Есть token-пакет типа SETUP. После него устройство должно ожидать пакета DATA0 в котором в поле данных особым образом сформирован запрос хоста (request), стандартные запросы описаны в секции Standart Device Request спецификации. Наше устройство должно уметь распознавать все типы запросов. Кроме прочего в запросе есть информация о том, куда должен быть направлен следующий пакет данных - в хост или в устройство.
9. Более того, устройство должно уметь формировать ответ на запросы - должно сообщить хосту о своих свойствах через так называемые дескрипторы (Standart USB Descriptor). Полное их описание также довольно хорошо представлено в спецификации. Более того, именно этим разделам стоит уделить особое внимание. Отмечу лишь что через дескрипторы устройство сообщает свои Class, SubClass, Protocol, которые уже активно используются на уровне ОС и драйверов.

P.S. в дальнейшем тема обязательно будет продолжена, но уже с точки зрения железа и подготовки прошивки для МК.