USB 控制传输方式

USB协议规定了四种传输类型：控制传输、批量传输、同步传输、中断传输。

控制传输是一种特殊的传输方式。当USB设备初次连接主机时，用控制传输传送控制命令等对设备进行配置。同时设备接入主机时，需要通过控制传输去获取USB设备的描述符以及对设备进行识别，在设备的枚举过程中都是使用控制传输进行数据交换。

控制传输的特点

控制传输相对于其它三个传输方式比较复杂，且具有以下特点：

• 无论低速设备还是高速设备都可以使用控制通道。
• 高速模式的最大包长固定为64个字节；
  全速模式可在8、16、32、64字节中选择；
  低速模式的最大包长固定为8个字节。
• 超高速USB3.0控制端点有固定的最大控制传输的数据有效载荷为 512 字节，最大突发大小为 1.
• 控制传输的应用场合：主要应用于设备的枚举过程（如读取设备描述符，设置地址，设置配置等）和对数据准确性要求较高的场合。

控制传输最大包长度

控制传输的过程

控制传输分为三个过程：

• 建立过程
• 数据过程（可选）
• 状态过程。

建立过程：

a. 主机发送令牌包：SETUP
b. 主机发送数据包：DATA0
c. 设备返回握手包：ACK或不应答
注意：设备不能返回NAK或STALL，即设备必须接收建立事务的数据。建立过程是建立事务，建立事务是通过SETUP令牌包，其次是DATA0数据包，最后是握手包，设备只能使用ACK来应答（或者由于出错不应答），而不能使用NAK或者STALL来应答，即设备必须接收建立事务的数据。

数据过程（可选）：

一个数据过程可以不包括或包含多个数据事务，但所有数据事务必须是同一方向的，即在控制读传输中，数据过程中的数据事务都必须是输入的，在控制写传输过程中，数据过程中的事务都必须是输出。若数据方向发生了改变，则认为进入状态过程。数据过程的第一个数据包必须为DATA1，然后每次正确传输一个数据包后就在DATA0和DATA1之间交替。

状态过程：

状态过程只使用DATA1包，并且传输方向与数据过程相反，即控制写输出在状态过程中使用一个批量输入事务，控制读输入在状态过程中使用一个批量输出事务。

状态过程是要返回数据传输的成功与否，具体也需要看控制传输的类型。需要注意的是，状态信息的数据传输方向与数据阶段方向相反。其实我们来思考下，主机给设备把一推数据发送完毕了（OUT事务），主机肯定要请求一个IN事务，让设备把自己的接收情况发给主机，你设备要给我说你在本轮接收数据有没有问题，同样的，设备把数据发送给主机（IN事务），主机肯定要发起一个OUT事务请求，告诉设备主机的接收情况，告诉设备本轮接收数据有没有问题。

控制传输示例图

USB控制读

在控制读传输状态阶段时时，该阶段则为OUT事务，其中的数据包固定为DATA1数据包。返回数据成功与否以有以下情况：
1）、读数据成功 主机发送OUT令牌包(ping令牌包，高速情况下)，主机发送0长度数据包，设备ACK。
2）、数据传输出错 主机发送OUT令牌包(ping令牌包，高速情况下)，主机发送0长度数据包，设备STALL。
3）、设备忙(比如正在写数据) 主机发送OUT令牌包(ping令牌包，高速情况下)，主机发送0长度数据包，设备NAK

USB控制写

在控制读传输状态阶段时，该阶段则为IN事务，其中的数据包固定为DATA1数据包。返回数据成功与否以有以下情况：
1）、写数据成功,主机发送IN令牌包，设备发送0长度数据包，主机回复ACK。
2）、数据传输出错, 主机发送IN令牌包，设备回复STALL。
3）、设备忙(比如正在写数据),主机发送IN令牌包，设备回复NAK。

USB2.0 控制传输数据包PID序列参考：https://www.usbzh.com/article/detail-708.html

USB无数据控制写

该阶段则为IN事务，其规则与控制写传输相似。

USB控制传输抓包分析

读数据-USB控制传输抓包分析

控制读传输在初始设置阶段会发起一个SETUP事务，从这个SETUP事务我们可以知道是设备给主机传输数据，并且数据长度是255，具体的协议后期会详解，大家在这里把先控制传输理解到位，接着在数据阶段完成数据交换（因为是设备给主机传输数据，所以是数据阶段是IN事务），最后在状态信息阶段主机给设备发送一个OUT事务表明自己接收是否异常。

写数据-USB控制传输抓包分析

控制写传输在初始设置阶段同样会发起一个SETUP事务，从这个SETUP事务我们可以知道是主机向设备传输数据，并且数据长度是12，接着在数据阶段完成数据交换（因为是主机给设备传输数据，所以数据阶段是OUT事务），最后在状态信息阶段主机发起一个IN事务，请求设备回答接收情况。

无数据-USB控制传输抓包分析

无数据控制传输在初始设置阶段同样会发起一个SETUP事务，从这个SETUP事务看到数据长度是0，因此无数据阶段，最后在状态信息阶段主机发起一个IN事务，请求设备回答接收情况。

本文部分内容来自我的好友的CSDN博客：https://hellocode.blog.csdn.net/article/details/112573949