Acute逻辑分析仪 USB1.1总线应用技术文档
目的
提供邏輯分析儀在USB1.1匯流排除錯與分析之快速應用方案。
方法
硬體連接
連接邏輯分析儀的通道0與1至USB裝置的D+、D-及兩邊的接地腳，如圖1。
硬體設定
設定採樣率
原則上採樣率為待測物頻率的4~6倍左右最合適; 雖然採樣率越高可以看到越細緻的訊號波
形，但會使邏輯分析儀的可記憶深度所能採集到的封包越少。以待測物為USB1.1的全速裝
置為例，資料傳輸率為12Mb/s，採樣率100MHz比較合適，如圖2。
設定觸發準位
在設定觸發準位之前，建議可使用示波器來觀察USB1.1的訊號波形，來確定觸發準位電壓值。
設定觸發參數
可以根據需求來設定，本例以CH-00通道(USB1.1 D+訊號)變化緣為觸發，如圖5。
軟體設定
全速裝置量測
硬體設定完畢之後，進行下列軟體設定步驟，如圖6，再讓邏輯分析儀採集 USB1.1訊號，
並用匯流排分析軟體來做分析，如圖7。
通道設定：D+為CH 0，D-為CH 1。
協議設定：勾選全速；不分析USB標準申請和描述元，所以不勾選。
報告設定：符合該PID的資料將在以不同的顏色顯示於報告中，以利和其他
PID做區分；顯示資料方式為預設的8欄。
波形中顯示刻度：此例勾選波形中顯示刻度。
選擇要分析的範圍：預設的整個緩衝區。
波形顏色：最後設定USB1.1欄位顏色，按下確定，即分析USB1.1的訊號。
低速裝置量測
量測USB滑鼠的訊號，如圖8和圖9。USB1.1匯流排設定方式和全速裝置相同，唯一不同
的是協議設定勾選低速。
USB1.1通訊協定
USB裝置為目前電腦使用廣泛的主流產品之一。USB 最初是由英特爾與微軟公司倡導發起，其特
點為支援熱插拔和即插即用。USB 的設計為非對稱式的，它由一個主機控制器和若干透過集線器
裝置以樹狀連線的裝置組成。一個控制器下最多有5層連接，包含集線器在內，最多可連接127
個設備。
目前 USB1.1支援2種資料訊號速率，低速與全速模式。低速模式的最大傳輸速率為
USB訊號使用分別標記為D+ 和D- 的雙絞線傳輸，它們各自使用半雙工的差動訊號並協同工作，
以抵消長導線的電磁干擾，表1為標準USB介面。
USB的傳輸是由一系列的封包 (packets) 構成，圖10為USB封包的架構
執照封包(Token Packets)
只有主機可以發出執照封包。執照封包由 PID、設備位址、結點位址和CRC5組成。其中的
SOF( Start Of Frame)執照封包包含目前訊框號碼(Frame Number) 而在全速主線中，主機每隔1ms
發出一個SOF執照封包，所有的設備和集線器都接收SOF執照封包，但是不產生任何回應，
也不一定使用SOF執照封包的資料，須視此設備是否要和訊框同步而定。執照封包的長度固
定為3個Byte。
資料封包(Data Packets)
資料必須是完整的位元組，資料封包可以沒有資料。低速設備的最大資料量是8個位元組，
全速設備是1023個位元組。
握手封包(Handshake Packets)
握手封包只有1個位元組的PID。它回應資料是否正確的被接收。若執行處理動作發生錯誤，
此處理動作將重新執行。
執照封包、資料封包、握手封包都需要用EOP(End Of Packet)結束，如果沒有EOP結束，該
封包會被放棄。
封包格式
USB的傳輸是由一連串的封包所組成，圖11是USB封包的基本格式。
同步列(Synchronization Sequence)
同步列由8個位元組成，其值為二進位的00000001。而在傳輸至裝置前會經過NRZI編碼，
依照NRZI編碼原理，資料0表示訊號要轉換，所以該值將經過7次反向 (0101010)，而資
料1保持不變，所以該值經過NRZI編碼結果為01010100，如圖12。
封包辨識(Packet Identifier->PID)
PID跟隨同步列欄位，由8個位元構成。主要是用來辨識每一個封包的內容和目的。前
4個位元是PID，後4個位元則是PID檢查，參考表2，表3是封包種類。
封包資訊
封包資訊可由Address和 Endpoint組成，或由一般資料組成，若PID為 Token則封包資訊由 Address和 Endpoint組成，共11個位元。若PID為Data(DATA0或DATA1)則封包資訊由一般資料組成。而如果PID為Token中的SOF則Address 和 Endpoint合併為 Frame Number，11個位元，最大可數到
每個設備有設備位址(Address)，設備的每個結點(Endpoint)有指定的結點號碼。設備結點根據封包的位址欄位和結點欄位決定是否接收封包資料。如果位址欄位或結點欄位不符，設備會放棄整個封包；未被初始化的設備結點也會放棄整個封包。
位址欄位有7個位元，可以有128個位址。IN、OUT、SETUP封包都有位址欄位。當設備啟動或重置後，設備位址自動設定為內定值0，主機需要在設備列舉時分配位址給設備。
結點欄位是4個位元，IN、OUT、SETUP封包都有結點欄位，所有的設備都要支持結點0內定控制管道。低速設備最多有3個管道，即內定控制管道和兩個其他的管道(可為兩個控制管道、一個控制管道加一個中斷管道，或兩個中斷管道)。全速設備最多能支持16個結點號碼的IN和OUT傳輸管道。
訊框號碼(Frame Number)欄位只在SOF封包出現，由11個位元組成。主機對每一個訊框使用一個訊框號碼，每次加一。當訊框號碼達到最大值，便轉為0及重新開始。
資料欄位(Data)的大小可由0至1023個位元組組成，其位元組大小由傳輸形態決定，全速設備的控制傳輸資料量是8、16、32或64位元組，低速設備是8位元組，表4、表5、表6和表7分別表示位址欄位(Address)、結點欄位(Endpoint)、訊框號碼欄位(Frame Number)和資料欄位(Data)。
CRC(Cyclic Redundancy Check)
Token封包使用5位元CRC檢查，資料封包使用16位元的CRC檢查，表7和表8為CRC5 和CRC16欄位。
EOP(End Of Packet)
用來表示一筆資料的結束，將2條差動資料線拉到低電位
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