USB设备枚举过程

USB 设备状态切换

前面介绍了USB 设备的状态如下：

Attached

Powered

Default

Address

Configured

Suspended

设备插入后，先进入【attached】 状态，然后hub 端口配置进入【powered】 状态；主机发起复位信号，设备进入【Default】状态，然后分配设置地址，设备配置。

USB 设备识别

USB 内部连接

1)：高速数据传输。产生高速K/J 信号。D+/D- 上电流为17.78ma。

(2)：用于低速获取全速传输。产生SE0 

(3)：差分数据接收。用于接收高速数据。

(4)：传输数据包检测。当接受差分信号低于数据阈值VHSSQ，数据无效

(5)：低速差分数据接收。用于接收低速数据 

(6)：高速端口检测。当连接器电压大于625mv 必须指示设备断开。当电压小于525mv 设备连接 

(7)：单端接收。用于LS/FS

(8)：下拉电阻(15k)。上游端口使用。一般 Host端

(9)：上拉电阻(1.5k)。下游端口使用。Device

USB 硬件连接

低速设备

全速/高速设备

整个usb 系统对于上游端口（一般是hub 或者host）,D+ D- 连接着RPD（15k）

对于下游端口，一般是usb device。根据速度模式不同匹配不同的终端电阻。LS 设备 D- 连接着RPU（1.5k）。FS/HS D+ 连接着RPU（1.5k）

可以看到LS 与 FS 信号电平完全相反。

从硬件分布可以看到。一个usb设备 可以同时支持LS/FS，HS/FS，但是不能同时支持LS 和 HS

对于HS 与 FS 的区分，依赖于高速握手信号（handshake）和 终端电阻RS（45）的挂载及切换。

设备断开与连接

设备断开：

设备连接：

对于高速设备，它先作为全速设备被识别出来，然后再被识别为高速设备。工作于高速模式时，D+的上拉电阻是断开的，所以对于工作于高速模式的USB设备，无法通过D+的引脚电平变化监测到它已经断开。

工作于高速模式的设备，D+、D-两边有RS 45欧姆的下拉电阻，用来消除反射信号：

当断开高速设备后，Hub发出信号，得到的反射信号无法衰减，Hub监测到这些信号后就知道高速设备已经断开。

速度枚举

设备插入，进入powered 状态

首先进入FS 检测。USB device 进入IDLE 状态

主机驱动产生SE0

Device responds Chirp K 信号。

Host 回应Chirp K 和 Chirp J 对至少保持3对

移除D+ 上RPU 并挂载高速设备终端电阻RS (45Ω)，产生高速 J/K 信号

进入HS IDLE 状态。

SOF

整个过程D+ D- 上电平变化。

全速 IDLE：D+ 为高电平，D- 低电平

全速ChirpJ：17.78ma * (15k || 45Ω) ≈ 800mv

高速J：17.78ma * (45Ω || 45 Ω) ≈ 400mv

高速 IDLE：D+, D- 接近低电平

高速握手信号Handshake

高速握手信号是用来进行速度协商，区分FS/HS。当检测到以下行为时将进入高速握手：

如果一个设备从suspend 状态恢复时，则在设备检测到SE0 支持不少于2.5us 立即进入高速握手。---- 挂起

如果设备正在从全速设备进行复位，则设备在检测到SE0 不少于2.5us 不超过3ms 内，立即进入高速握手 ---- 上电

如果设备从高速状态进行复位，那么设备在恢复到全速状态之前等待不少于3ms。设备对总线状态进行采样，并检查se0,不少于100us，立即进入高速握手。---- 复位

总结

整个USB 高速设备枚举流程大致如下：

设备上电，Attached 检测，在100ms 内Vbus > 4.01 V

Hub poweron, 100ms 内D+/D- 电平稳定

主机发出复位信号SE0, 持续10ms（10ms 完成速度枚举）

SE0 期间进行高速握手信号

维持D+ 设备发出Chirp K

hub 回应Chirp K 和 Chirpj 对

移除上拉电阻，并挂载高速45Ω等效对地电阻，产生高速J/K 信号

设备准备接收Set_Address 请求

开始描述符获取（设备描述符/配置描述符/...）

主机可访问设备

审核编辑：刘清