USB 傳輸協定深度解析：架構、封包、事務與四大傳輸模式
一、傳輸線結構
USB 線纜包含四線：地線 (GND)、電源線 (VBUS, 5V, 最大 500mA)、D+、D-（差分訊號，3.3V 電平）。資料由低位元先傳送，採 NRZI 編碼（0 翻轉、1 保持），並以位元填充（連續六個 1 插入 0）確保訊號變換。
二、資料階層：域 → 封包 → 事務 → 傳輸
1. 域 — 最小單位，七種類型
- 同步域 (SYNC)：8 位元
00000001，時鐘同步。
- 標識域 (PID)：4 位元 ID + 4 位元反碼，共 16 種，識別封包類型。
- 位址域 (ADDR)：7 位元，裝置位址（0 為預設），故最多 127 裝置。
- 端點域 (ENDP)：4 位元，每裝置最多 16 端點。
- 幀號域 (FRAME)：11 位元，同步傳輸用。
- 資料域 (DATA)：0~1023 位元組，整數位元組長度。
- 檢驗域 (CRC)：CRC5 或 CRC16，模 2 除法運算。
2. 封包 — 四大類型
- 令牌封包：IN、OUT、SETUP、SOF，格式
SYNC+PID+ADDR+ENDP+CRC5。
- 資料封包：DATA0、DATA1 交替傳送（同步傳輸固定 DATA0），格式
SYNC+PID+DATA+CRC16。
- 握手封包：ACK、NAK、STALL，格式
SYNC+PID。
- 特殊封包：PRE（前導碼，啟動低速裝置）。
3. 事務 — 三階段
- IN 事務：主機發 IN 令牌 → 裝置回資料/NAK/STALL → 主機回 ACK。
- OUT 事務：主機發 OUT 令牌 → 主機送資料 → 裝置回 ACK/NAK/STALL。
- SETUP 事務：主機發 SETUP 令牌 → 固定 8 位元組 DATA0（標準請求） → 裝置回 ACK。
4. 傳輸 — 四大模式
- 中斷傳輸：鍵盤/滑鼠等 HID 裝置，由 IN/OUT 事務組成。
- 批量傳輸：大量資料，無固定頻寬，總線忙時延後。
- 同步傳輸：即時性音訊/視訊，無握手階段，資料封包固定 DATA0。
- 控制傳輸：最複雜，三階段（Setup、可選 Data、Status），用於列舉、設定裝置。
三、PID 編碼表
USB 1.1 定義 10 種 PID，USB 2.0 擴充至 16 種，涵蓋令牌、資料、握手、特殊封包。
四、裝置列舉流程
六態態：Attached（偵測）、Powered（供電）、Default（位址 0）、Address（分配唯一位址）、Configured（取得描述符、設定）、Suspended（3ms 閒置進入省電）。
五、標準裝置請求 — 11 種命令
結構：bmRequestType(1) + bRequest(1) + wValue(2) + wIndex(2) + wLength(2)。包含 GET_STATUS、CLEAR_FEATURE、SET_FEATURE、SET_ADDRESS、GET_DESCRIPTOR、SET_DESCRIPTOR、GET_CONFIGURATION、SET_CONFIGURATION、GET_INTERFACE、SET_INTERFACE、SYNCH_FRAME。
六、描述符架構
五種描述符：裝置、設定、字串、介面、端點，呈樹狀包含關係。文中提供完整 C 結構體定義。
理解這些基礎是 USB 固韌體開發的入門關鍵。
