USB协议详解：帧首包SOF（Start of Frame）深度解析

USB协议详解：帧首包SOF（Start of Frame）深度解析

USB协议中的帧首包SOF（Start of Frame）是确保设备同步和数据传输准确性的关键组件。本文将详细介绍SOF包的结构、功能及其在USB总线中的作用，并通过STM32的具体实例展示其处理机制。

包的四种类型

根据包的组成，USB协议将包分为四种类型：帧首包SOF（Start of Frame）、命令包（Token）、数据包（Data）和握手包（Handshake）。这四种类型的包在USB通信中扮演着不同的角色。

四种PID类型和四种包类型（按照组成分类）的区别如下：

• PID类型：包括同步包、数据包、握手包和预留类型。
• 包类型：包括帧首包SOF、命令包、数据包和握手包。

SOF包组成

SOF包由USB主机控制器以全速总线的标称速率每1.00 ms±0.0005 ms发出一次，对于高速总线则为125μs±0.0625μs。SOF数据包由PID域+帧号域+5bit CRC域组成。

SOF包发送时间及USB总线包结构

SOF包的发送时间和USB总线的包数据结构如下：

SOF包的发送时间

USB总线包组成

USB总线包由多个部分组成，包括同步段、PID字段、数据段和CRC校验段。

SOF包的其他核心概念

所有高速和全速功能（包括集线器）都接收SOF数据包。SOF包不会引起任何功能生成应答包，因此，无法保证所有的功能都能收到SOF包。

SOF包的主要作用：

1. 帧同步：SOF包作为帧的起始标记，使得所有的USB设备能够同步到同一个时间基准上。通过SOF包，所有设备可以准确地知道当前处于哪个帧，从而实现同步通信。

2. 时钟同步：SOF包的周期性发送有助于USB设备保持内部时钟的准确性。设备可以通过检测SOF包的到来来调整自己的时钟，保证系统时钟的同步。

3. 唤醒设备：SOF包可以用来唤醒处于低功耗状态的USB设备。当设备检测到SOF包时，会从休眠状态中恢复，准备进行数据传输。

4. 周期性传输调度：SOF包的周期性发送为USB设备提供了固定的时间基准，使得设备可以根据SOF包来安排周期性的数据传输。

5. 错误检测：SOF包中的CRC校验可以帮助检测数据传输过程中的错误。如果设备收到的SOF包校验失败，则可以判定数据传输可能存在问题。

SOF包的发送：

• SOF包由USB主机周期性地发送，其发送频率取决于USB总线的速率。
• 全速USB总线每毫秒发送一个SOF包，而高速USB总线每125微秒发送一个SOF包。

STM32 SOF包处理机制

STM32对SOF包的处理代码如下：

//读出的中断标志是SOF中断标志，且SOF中断使能了
if (wIstr & ISTR_SOF & wInterrupt_Mask)
{
    //清除SOF中断标志
    _SetISTR((uint16_t)CLR_SOF);
    //统计共接收到多少SOF
    bIntPackSOF++;    

    //当定义了SOF_CALLBACK，则调用SOF_Callback,
    //像钩子函数一样，在发生SOF中断时做点什么 
    SOF_Callback();    
}

这段代码展示了STM32如何处理SOF中断，包括清除中断标志、统计接收到的SOF包数量以及调用回调函数。