UVC等时传输中的dwMaxPayloadTransferSize

UVC的视频流接口控制请求的数据大小可为26字节，34字节和48字节，其分别对应的是UVC的1.0,1,1和UVC1.5版本。
在其整个视频流控制接口参数偏移地址22处的字段为一4字节的dwMaxPayloadTransferSize，根据其字段解释为“指定设备在单个有效负载传输中可以传输或接收的最大字节数。必须支持此字段。此字段由设备设置，仅从主机读取。某些主机实现限制此字段允许的最大值。主机应通过重新配置设备来避免单个有效负载传输大小的超调。（例如，通过更新比特率、分辨率等）”关于这个字段，经常有人理解不清楚，这里我们专门来解释一下。

LINUX中UVC驱动关于它的计算方法如下：

    interval = (ctrl->dwFrameInterval > 100000) ? ctrl->dwFrameInterval:frame->dwFrameInterval[0];

        /* Compute a bandwidth estimation by multiplying the frame
         * size by the number of video frames per second, divide the
         * result by the number of USB frames (or micro-frames for
         * high-speed devices) per second and add the UVC header size
         * (assumed to be 12 bytes long).
         */
        //一帧大小
        bandwidth = frame->wWidth * frame->wHeight / 8 * format->bpp;
        //1秒大小
        bandwidth *= 10000000 / interval + 1;

        //1ms大小
        bandwidth /= 1000;

        //一个微帧大小
        if (stream->dev->udev->speed == USB_SPEED_HIGH)
            bandwidth /= 8;

        //加上负载头
        bandwidth += 12;

        /* The bandwidth estimate is too low for many cameras. Don't use
         * maximum packet sizes lower than 1024 bytes to try and work
         * around the problem. According to measurements done on two
         * different camera models, the value is high enough to get most
         * resolutions working while not preventing two simultaneous
         * VGA streams at 15 fps.
         */

        //该值最小是1024字节
        //所以这是计算一帧或者一个微帧最大传输的大小？
        bandwidth = max_t(u32, bandwidth, 1024);

        ctrl->dwMaxPayloadTransferSize = bandwidth;

USB端点的大小

通过UVC规范的学习可以知道，UVC在视频数据的传输只支持批量传输和等时/同步传输。对于等时传输，假如我们使用的是USB2.0高速，那么根据USB规范可知，其等时传输的端点数据包大小最大为1024字节（具体可参见USB规范端点描述符一节），但是为了提高数据的传输效率，在USB等时传输支持额外的传输次数，这里额外的传输次数最大为2。故在USB2.0高速的传输过程中，一个同步/等时传输端点的一次可最大传输字节数为1024*(2+1)=3072=0x0c00的字节数。所以这里的这个字节数就是dwMaxPayloadTransferSize即单个有效负载传输中可以传输或接收的最大字节数。

USB的等时传输

由于是同步/等时传输，为了提高数据的传输效率，一个URB可以含有多个单次有效负载传输传输，这里我们记为N。这样在一个URB的数据传输过程中，最大可以传输N*有效负载传输中可以传输,这个计算出来的数据就是一个抓包的数据大小。

抓包是按一个URB进行抓包的。

Linux源代码分析

在Linux的源代码uvc_video_start_transfer函数（linux-5.6.11\linux-5.6.11\drivers\media\usb\uvc\uvc_video.c：1810）中，在初始化时的代码如下：

if (intf->num_altsetting > 1) {
        struct usb_host_endpoint *best_ep = NULL;
        unsigned int best_psize = UINT_MAX;
        unsigned int bandwidth;
        unsigned int uninitialized_var(altsetting);
        int intfnum = stream->intfnum;

        /* Isochronous endpoint, select the alternate setting. */
        bandwidth = stream->ctrl.dwMaxPayloadTransferSize;

        if (bandwidth == 0) {
            uvc_trace(UVC_TRACE_VIDEO, "Device requested null "
                "bandwidth, defaulting to lowest.\n");
            bandwidth = 1;
        } else {
            uvc_trace(UVC_TRACE_VIDEO, "Device requested %u "
                "B/frame bandwidth.\n", bandwidth);
        }

        for (i = 0; i < intf->num_altsetting; ++i) {
            struct usb_host_interface *alts;
            unsigned int psize;

            alts = &intf->altsetting[i];
            ep = uvc_find_endpoint(alts,
                stream->header.bEndpointAddress);
            if (ep == NULL)
                continue;

            /* Check if the bandwidth is high enough. */
            psize = uvc_endpoint_max_bpi(stream->dev->udev, ep);
            if (psize >= bandwidth && psize <= best_psize) {
                altsetting = alts->desc.bAlternateSetting;
                best_psize = psize;
                best_ep = ep;
            }
        }

        if (best_ep == NULL) {
            uvc_trace(UVC_TRACE_VIDEO, "No fast enough alt setting "
                "for requested bandwidth.\n");
            return -EIO;
        }

        uvc_trace(UVC_TRACE_VIDEO, "Selecting alternate setting %u "
            "(%u B/frame bandwidth).\n", altsetting, best_psize);

        ret = usb_set_interface(stream->dev->udev, intfnum, altsetting);
        if (ret < 0)
            return ret;

        ret = uvc_init_video_isoc(stream, best_ep, gfp_flags);
    }

在其源代码中首先将dwMaxPayloadTransferSize赋值给bandwidth，在各个视频流转换接口中的同步/等时端点中查找一个带宽大于等于其bandwidth的端点，然后选择其对应的接口。
计算其端点带宽的函数uvc_endpoint_max_bpi代码如下：

static unsigned int uvc_endpoint_max_bpi(struct usb_device *dev,
                     struct usb_host_endpoint *ep)
{
    u16 psize;
    u16 mult;

    switch (dev->speed) {
    case USB_SPEED_SUPER:
    case USB_SPEED_SUPER_PLUS:
        return le16_to_cpu(ep->ss_ep_comp.wBytesPerInterval);
    case USB_SPEED_HIGH:
        psize = usb_endpoint_maxp(&ep->desc);
        mult = usb_endpoint_maxp_mult(&ep->desc);
        return psize * mult;
    case USB_SPEED_WIRELESS:
        psize = usb_endpoint_maxp(&ep->desc);
        return psize;
    default:
        psize = usb_endpoint_maxp(&ep->desc);
        return psize;
    }
}

可以看到，对于高带设备USB_SPEED_HIGH，获取其端点的大小和mult(额外传输的次数+1)，最后的乘积就是最大带宽即单次传输大小。

usb_endpoint_maxp_mult(const struct usb_endpoint_descriptor *epd)
{
    int maxp = __le16_to_cpu(epd->wMaxPacketSize);

    return USB_EP_MAXP_MULT(maxp) + 1;
}