Linux那些事儿 之 戏说USB(7)我是一棵树(二)

公元312年一天夜里，罗马附近的米尔维亚桥，忧思<personname w:st="on" productid="满腹的">满腹的</personname>君士坦丁正在对第二天即将到来的大战感到发愁，当他眺望星空之际，突然看到苍茫的天空中突然出现了四个硕大无朋的火红色的十字架，伴随着这样的字样：依靠此，你将大获全胜。

前几天看碟看到欧洲历史部分的君士坦丁，就google到了这么一段。当然这太玄乎了，介于宗教信仰自由，我还是持保留意见吧。不过真有这样的好事，我希望是这样情景：在公元2007年9月的一天夜里，上海的徐家汇，忧心忡忡的我正在为股市被套而发愁，当我眺望夜空之际，插句题外话，上海几乎没有星空，所有只好将就用夜空代替了，突然看到苍茫的天空中出现了6个硕大无朋的数字，伴随着这样的字样：依靠此，你将有43个涨停。

为什么说43个涨停，这不是刚好比那个金泰多一个么，好不容易碰到这种好事，怎么地也得来个吉尼斯吧，咱别的不多就是吉尼斯多，谁让人多那，找几千个人一块弹弹琴，甩甩头什么的不就有了。

君士坦丁的统治离不开基督教。咱们的USB大树要想茁长成长也离不开USB协议。USB总线是一个单主方式的实现，是一种轮询方式的总线。协议规定所有的数据传输都必须由主机发起，host controller初始化所有的数据传输，各种设备紧紧围绕在主机周围。基督教说了，君士坦丁是上帝的第多少个儿子，所有罗马人都要围绕在君士坦丁周围，他不说话，谁都不能出声。

USB通信最基本的形式是通过USB设备里一个叫endpoint的东东，而主机和endpoint之间的数据传输是通过pipe。有关endpoint和pipe，复旦人甲同样也有精辟的见解，没办法，我是他忠实的fans。endpoint就是通信的发送或者接收点，你要发送数据，那你只要把数据发送到正确的端点那里就可以了。之所以U盘有两个bulk端点，是因为端点也是有方向的，一个叫做Bulk in，一个叫做Bulk out，从usb主机到设备称为out，从设备到主机称为in。而管道，实际上只是为了让我们能够找到端点，就相当于我们日常说的邮编地址，比如一个国家，为了通信，我们必须给各个地方取名，完了给各条大大小小的路取名，比如你要揭发你们那里的，你要去上访，你从某偏僻的小县城出发，要到北京来上访，那你的这个端点(endpoint)就是北京，而你得知道你来北京的路线，那这个从你们县城到北京的路线就算一条管道。有人好奇的问了，管道应该有两端吧，一个端点是北京，那另一个端点呢?答案是，这条管道有些特殊，就比如上访，我们只需要知道一端是北京，而另一端是哪里无所谓，因为不管你在哪里你都得到北京来上访。没听说过你在山西你可以上访，你要在宁夏还不能上访了，没这事对吧。严格来说，管道的另一端应该是usb主机，即前面说的那个host，usb协议里边也是这么说的，协议里边说pipes代表着一种能力，怎样一种能力呢，在主机和设备上的端点之间移动数据,听上去挺玄的。

端点不但是有方向的，而且这个方向还是确定的，或者in，或者out，没有又是in又是out的，鱼与熊掌是不可兼得的，脚踩两只船虽然是每个男人的美好愿望，但不具可操作性，也不提倡。所以你到北京就叫上访，北京的下来就叫慰问，这都是生来就注定的。有没有特殊的那，看你怎么去理解0号端点了，协议里规定了，所有的USB设备必须具有端点0，它可以作为in端点，也可以作为out端点，USB系统软件利用它来实现缺省的控制管道，从而控制设备。端点也是限量供应的，不是想有多少就有多少的，除了端点0，低速设备最多只能拥有2个端点，高速设备也最多只能拥有15个in端点和15个out端点。这些端点在设备内部都有唯一的端点号，这个端点号是在设备设计时就已经指定的。

为什么端点0就非要那么的个性那？这还是有内在原因的。管道的通信方式其实有两种，一种是stream的，一种是message的，message管道要求从它那儿过的数据必须具有一定的格式，不是随便传的，因为它主要就是用于主机向设备请求信息的，必须得让设备明白请求的是什么。而stream管道就没这么苛刻，要随和多了，它对数据没有特殊的要求。协议里说，message管道必须对应两个相同号码的端点，一个用来in，一个用来out，咱们的缺省管道就是message管道，当然，与缺省管道对应的端点0就必须是两个具有同样端点号0的端点。

USB endpoint有四种类型，分别对应了四种不同的数据传输方式。它们是控制传输（Control Transfers），中断传输（Interrupt Data Transfers），批量传输(Bulk Data Transfers)，等时传输(Isochronous Data Transfers)。控制传输用来控制对USB设备不同部分的访问，通常用于配置设备，获取设备信息，发送命令到设备，或者获取设备的状态报告。总之就是用来传送控制信息的，每个USB设备都会有一个endpoint 0的控制端点，内核里的USB core使用它在设备插入时进行设备的配置。这么说吧，君士坦丁旁边有非常信赖的这么一个人，往往通过他来对其它人做些监控什么的，虽然他最后被判了君士坦丁，但我们的endpoint 0不会，它会一直在那里等待着USB core发送控制命令。最不忠诚的往往是人心，不是么。

中断传输用来以一个固定的速率传送少量的数据，USB键盘和USB鼠标使用的就是这种方式，USB的触摸屏也是，传输的数据包含了坐标信息。

批量传输用来传输大量的数据，确保没有数据丢失，并不保证在特定的时间内完成。U盘使用的就是批量传输，咱们用它备份数据时需要确保数据不能丢，而且也不能指望它能在一个固定的比较快的时间内拷贝完。

等时传输同样用来传输大量的数据，但并不保证数据是否到达，以稳定的速率发送和接收实时的信息，对传送延迟非常敏感。显然是用于音频和视频一类的设备，这类设备期望能够有个比较稳定的数据流，比如你在网上QQ视频聊天，肯定希望每分钟传输的图像/声音速率是比较稳定的，不能说这一分钟对方看到你在向她向你深情表白，可是下一分钟却看见画面停滞在那里，只能看到你那傻样一动不动，你说这不浪费感情嘛。