USB（Universal Serial Bus）是一种通用串行总线标准，用于连接计算机系统与各种外部设备，如鼠标、键盘、打印机、扫描仪、存储设备等。USB协议定义了如何在这些设备之间进行高效的数据传输和电源管理。
USB系统的总体结构由三个主要部分构成：
1. 设备驱动软件（USBDD）：每个特定的USB设备或设备类别都有相应的设备驱动，它直接与设备通信，执行读写操作，并控制设备的行为。
2. USB驱动（USBD）：作为中间层，它为上层软件提供一个统一的接口来与USB设备交互。USBD检测设备特性，建立通信通道，配置和控制设备，并将非USB格式的I/O请求包（IRP）转换为USB特有的格式。它的功能包括设备枚举、配置、同步和异步传输、电源管理以及设备和总线管理。
3. 主机控制器驱动（HCD）：位于USB软件栈的最底层，HCD隐藏了硬件实现的细节，处理USBD创建的事务，将它们放到物理总线上。HCD提供对主控制器硬件、数据传输以及资源分配的抽象。
USB的传输机制是其核心部分，涉及以下关键概念：
- 客户启动传输：传输始于客户端软件，通过管道（Pipe）向设备端点发送请求（IRP）。请求转化为事务，由一系列包（Packet）组成，发生在帧（Frame）的时间单位内。
- 传输类型：控制传输（用于配置设备和获取设备状态）、块传输（大容量数据传输，如存储设备）、中断传输（低延迟，用于鼠标和键盘）和同步传输（实时数据，如音频和视频）。
- 总线带宽分配：USB总线的带宽是有限的，每个传输类型根据其需求和优先级获得一定的带宽。
控制传输包含初始化阶段、数据阶段和握手阶段。读写过程涉及数据包的DATA0和DATA1状态，用以校验传输的正确性。
块传输通常用于大容量数据，如文件读写，其流程包括设置传输参数，发送请求，然后接收或发送数据，最后确认传输完成。
数据触发同步与重试机制确保数据的正确接收。在传输过程中，如果发生错误，数据可能需要重新发送，这由DATA0和DATA1的状态变化来触发。
总结来说，USB协议是计算机与外设通信的关键标准，通过其复杂的传输机制和层次化的驱动结构，实现了高效、灵活的设备连接和数据交换。理解和掌握USB协议对于开发和维护相关硬件和软件至关重要。
