1. Linux USB驱动软件框架

应用程序有两种访问硬件的途径：通过设备驱动程序来访问和跳过设备驱动程序（直接使用host驱动程序）来访问。

当直接使用Host驱动程序时，可以调用libusb库中已经封装好的函数接口。

2. USB电气信号

一个USB设备，可能兼容低速、全速，也可能兼容全速、高速。但不会同时兼容低速、高速。

USB2.0设备由4根线组成，其中包括Vcc, GND, D+, D-。用于传输传输数据的只有两根线D+和D-。两根线的通过高低电平，可以组合成4种状态（00, 01, 10, 11）。根据USB2.0协议，对于低速和全速设备（高速设备类似）主要有四种状态，差分1，差分0，单端1，单端0。后面都是以这四种状态，根据需要产生的别名。

USB主机是如何检测到设备的插入？

USB集线器的每个下游端口的D+和D-上，分别接了一个15KΩ的下拉电阻到地，在端口悬空时，就被这两个下拉电阻拉到了低电平。而在USB设备端，在D+和D-端接了1.5K欧姆的上拉电阻。对于全速和高速设备，上拉电阻接在D+上，对于低速设备，上拉电阻接在D-上。当设备插入到集线器时，由1.5K的上拉电阻和15K的下拉电阻分压，就将差分数据线中的一条拉高了。集线器检测到这个状态后，就报告给USB主控制器（或者通过他上一层的集线器报告给USB主控制器），这样就检测到设备的插入了。USB告诉设备首先被识别为USB全速设备，然后通过HOST和DEVICE两者之间的确认，再切换到高速模式。

当USB设备插入时，USB主机控制器的D+或D-被拉高，在主机控制器端会产生一个中断发现一个新设备并通过端点0给新设备分配一个地址和获取USB设备的设备描述符，解析设备描述符并通过device_add()将其添加到usb_bus_type链表中，并且匹配链表上的driver程序，匹配成功后调用driver的probe函数，这部分过程类似Platform平台总线驱动。

对于低速设备，在连接期间D-管脚一直是高电平，当hub检测到D-被拉低，说明设备已经断开连接。

对于全速设备，在连接期间D+管脚一直是高电平，当hub检测到D+被拉低，说明设备已经断开连接。

对于高速设备，设备刚刚插入时，是通过将D+拉高来识别的，D+被拉高可认为是全速设备或者是高速设备，那么如何判断是否是高速设备呢？（速率识别）

Hub给Device发出复位信号，如果Device支持高速模式，就会回复一个K信号，Hub收到K信号后，如果自身也支持高速模式，就会发出一系列的KJ信号，Device收到后就知道Hub也支持高速模式，然后就会把自身D+的上拉电阻断开。

当高速设备断开后，Hub发出的信号，得到的反射信号法无衰减，Hub监测到这些信号以后就知道设备已经断开（此处涉及到比较深的与阻抗匹配相关的硬件知识）。

3. USB数据包

SOP(Start of Packet):起始信号；

SYNC:同步信号；

EOP(End of Packet):终止信号

上图中体现出的一种传输方式为，A要给B发送数据，只有一条线，那么就先发送一个同步信号，B根据同步信号计算出波特率，然后根据波特率设置采样时间，从而达到数据传输的目的。

在USB中就是用了这种思想传输数据，但是USB是使用D+与D-两根线的差分信号来表示逻辑0和逻辑1。

反向不归零编码：波形发生变化表示传输的是0，不发生变化表示传输的是1。

对于要发送很多个数据1的时候，理论上会保持很多个周期T波形不变，这个时候如果双方晶振误差等原因，就容易造成1的个数解析误差，所以在连续发送6个1后，就会发送一个0，即强制翻转发送信号（位填充技术）。

USB传输数据就是使用这种：反向不归零编码+位填充技术。

4. USB协议层数据格式