嵌入式开发中，usb通信中输出端点和输入端点
一. 简介
本文简单学习一下，嵌入式开发中，usb的输出端点和输入端点。
在嵌入式开发的 USB 通信场景中，输出端点（OUT Endpoint） 和 输入端点（IN Endpoint） 是 USB 设备与主机（如电脑、嵌入式主控）进行数据交互的核心 “通道”，其设计和使用直接决定了设备的通信能力。两者的核心区别围绕数据流向展开，同时需结合嵌入式设备的硬件特性、USB 协议规范及驱动逻辑来理解。
二. 嵌入式开发中，usb通信中输出端点和输入端点
1. 核心定义：数据流向是根本区别
在嵌入式开发中，USB通信的“输入”（IN）和“输出”（OUT）端点是以USB主机（Host）为参考基准来定义的。
端点类型 | 数据流向 | 核心作用（嵌入式场景） | 典型应用举例 |
|---|---|---|---|
| 输出端点（OUT） | 主机 → 嵌入式设备 | 接收主机下发的控制指令、配置参数或待处理数据 | 主机向嵌入式设备发送控制命令（如电机转速设置）、向 U 盘写入文件数据 |
| 输入端点（IN） | 嵌入式设备 → 主机 | 向主机上报设备状态、传感器数据或处理结果 | 嵌入式设备向主机上传温湿度数据、U 盘向主机读取文件数据、摄像头向主机传输图像帧 |
2. 嵌入式场景下的共性特性
无论是输入还是输出端点，在嵌入式 USB 通信中均需遵循以下共性规则，这些规则由 USB 协议和嵌入式硬件限制共同决定：
(1) 端点是 “单向、专用” 的通道（除了端点0，它用于控制传输，可双向）
- 每个端点仅支持一个方向的传输（要么 IN，要么 OUT），无法双向复用（除了端点0，它用于控制传输，可双向）；
- 嵌入式设备的端点数量有限（受 USB 控制器硬件限制，如多数低端控制器支持 4~8 个端点），需根据需求分配（如一个设备可同时包含 1 个 OUT 端点和 1 个 IN 端点，实现双向通信）。
(2) 与传输类型强绑定
嵌入式设备的端点必须关联 USB 协议定义的传输类型（不同传输类型对应不同的端点类型），输入 / 输出端点仅存在于以下 3 种传输类型中（控制传输的端点有特殊规则，见下文）：
传输类型 | 支持的端点方向 | 嵌入式场景用途 |
|---|---|---|
| 批量传输（Bulk） | IN 端点、OUT 端点 | 大量数据传输（如 U 盘、数据记录仪），需保证数据完整性 |
| 中断传输（Interrupt） | IN 端点、OUT 端点 | 小批量、周期性数据（如键盘（IN）、鼠标（IN）、设备状态上报） |
| 同步传输（Isochronous） | IN 端点、OUT 端点 | 实时性数据（如 USB 麦克风（IN）、USB 音箱（OUT）），不保证数据完整性 |
(3) 控制传输的特殊端点：端点 0（默认控制端点）
所有 USB 设备必须包含一个端点 0（默认控制端点），它是双向的（可同时实现 IN 和 OUT 功能），仅用于设备枚举、配置、命令交互（如主机查询设备信息、发送复位命令），不用于普通数据传输。
3. 嵌入式开发中的关键差异（OUT 端点 vs IN 端点）
在嵌入式硬件设计、协议栈配置和驱动开发中，输入 / 输出端点的处理逻辑存在显著差异，具体体现在以下 4 个维度：
对比维度 | 输出端点（OUT） | 输入端点（IN） |
|---|---|---|
| 硬件触发逻辑 | 主机向设备发送数据时，USB 控制器产生 OUT 中断，嵌入式 MCU 需中断服务函数中读取数据 | 设备有数据待上传时，需主动向 USB 控制器 “提交” 数据，或等待主机发起 IN 事务后，控制器产生 IN 中断触发数据发送 |
| 数据缓冲区 | 需在嵌入式设备中分配 “接收缓冲区”（用于存储主机发来的数据），缓冲区大小需 ≥ 端点的 “最大包大小” | 需分配 “发送缓冲区”（用于存储待上传到主机的数据），缓冲区大小需 ≥ 端点的 “最大包大小” |
| 协议栈配置 | 需在 USB 设备描述符（Endpoint Descriptor）中设置 bEndpointAddress 最高位为 0（如端点地址 0x02 表示端点 2，OUT 方向） | 需设置 bEndpointAddress 最高位为 1（如端点地址 0x82 表示端点 2，IN 方向） |
| 错误处理 | 若主机发送的数据错误（如 CRC 校验失败），嵌入式设备无需处理，主机将自动重传（批量 / 中断传输） | 若设备发送的数据错误，主机可能丢弃（同步传输）或要求重传（批量 / 中断传输），需在驱动中处理重传逻辑 |
三. 嵌入式开发实战关键点
1. 端点参数配置（核心是 “最大包大小”）
嵌入式设备的每个输入 / 输出端点必须配置 最大包大小（Max Packet Size），该值由 USB 设备速度和传输类型决定，直接影响通信效率，协议规定的默认值如下：
| USB 设备速度 | 批量传输（Bulk）最大包大小 | 中断传输（Interrupt）最大包大小 | 同步传输（Isochronous）最大包大小 |
|---|---|---|---|
| 低速（Low-Speed，1.5Mbps） | 不支持批量 / 同步传输 | ≤ 8 字节 | 不支持 |
| 全速（Full-Speed，12Mbps） | ≤ 64 字节 | ≤ 64 字节 | ≤ 1023 字节 |
| 高速（High-Speed，480Mbps） | ≤ 512 字节 | ≤ 1024 字节 | ≤ 1024 字节 |
| 超高速（Super-Speed，5Gbps） | ≤ 1024 字节 | ≤ 1024 字节 | ≤ 1024 字节 |
例：一个全速嵌入式数据采集设备，若用批量 IN 端点上传数据，最大包大小可配置为 64 字节，每次最多上传 64 字节；若数据量超过 64 字节，需拆分为多个包连续传输。