JS `WebUSB` `Control Transfers` / `Bulk Transfers` / `Interrupt Transfers` 效率对比

各位技术控，大家好！我是你们的老朋友，今天咱们来聊聊 WebUSB 里的三大金刚：控制传输 (Control Transfers)、批量传输 (Bulk Transfers) 和中断传输 (Interrupt Transfers)。这三个家伙各有神通，用对了能让你的 USB 设备在 Web 应用里跑得飞起，用错了嘛…那就只能对着控制台挠头了。

咱们今天就来扒一扒它们的底裤，看看谁才是效率之王，以及在什么场景下最能发挥实力。

首先，打个招呼：嘿，USB 小伙伴们，准备好了吗？ Let’s rock!

一、WebUSB 传输类型概览：谁是你的菜？

在 WebUSB 的世界里，和 USB 设备通信就像跟人打交道一样，得讲究策略。不同的传输类型就像不同的沟通方式，适合不同的场合。

传输类型	适用场景	效率特点	延迟特点
控制传输 (Control Transfers)	设备配置、获取设备信息、设置设备参数等。简单来说，就是“老板”发号施令，或者问“员工”要报告。	效率最低，但可靠性最高。每次传输都有确认机制，保证数据正确到达。	延迟最高，因为需要确认和重试机制。
批量传输 (Bulk Transfers)	大量数据传输，比如文件传输、固件升级等。就像搬运工，一次搬很多东西。	效率较高，但没有保证的带宽。如果总线繁忙，可能会被延迟。	延迟不确定，取决于总线负载。
中断传输 (Interrupt Transfers)	周期性的小数据传输，比如鼠标移动、键盘输入等。就像心跳，定时汇报情况。	效率中等，有保证的带宽，但带宽通常较小。	延迟较低，保证在一定时间内传输。

二、控制传输 (Control Transfers)：老大哥，稳如泰山

控制传输就像 USB 设备的大脑，负责指挥和协调。它主要用于：

• 设备配置： 初始化设备，设置各种参数。
• 获取设备信息： 读取设备的描述符，了解设备的能力。
• 控制设备行为： 发送命令，控制设备的动作。

代码示例：获取设备描述符

async function getDeviceDescriptor(device) {
  try {
    const setup = {
      requestType: 'standard',
      recipient: 'device',
      request: 0x06, // GET_DESCRIPTOR
      value: (0x01 << 8) | 0x00, // Device Descriptor, index 0
      index: 0x00,
      length: 18 // Device descriptor is 18 bytes
    };

    const result = await device.controlTransferIn(setup, 18);

    if (result.status === 'ok') {
      const descriptor = new DataView(result.data.buffer);
      console.log('Device Descriptor:', descriptor);
      return descriptor;
    } else {
      console.error('Failed to get device descriptor:', result.status);
      return null;
    }
  } catch (error) {
    console.error('Error getting device descriptor:', error);
    return null;
  }
}

代码解释：

1. setup 对象定义了控制传输的参数：
   • requestType: 标准请求 (standard)。
   • recipient: 目标是设备 (device)。
   • request: 0x06 代表 GET_DESCRIPTOR 命令。
   • value: 指定描述符的类型和索引。这里是设备描述符 (0x01)，索引为 0。
   • index: 通常为 0。
   • length: 期望读取的字节数。
2. device.controlTransferIn(setup, 18) 发起控制传输，读取 18 字节的数据。
3. result.status 检查传输状态，result.data 包含读取到的数据。

控制传输的优缺点：

• 优点： 可靠性高，有错误重试机制。
• 缺点： 效率最低，因为每次传输都需要确认，开销大。

适用场景： 不追求速度，但要求数据绝对可靠的场合，比如设备初始化、配置等。

三、批量传输 (Bulk Transfers)：大力士，搬运数据一把好手

批量传输就像 USB 设备的搬运工，专门用来传输大量数据，比如：

• 文件传输： 上传或下载文件。
• 固件升级： 将新的固件写入设备。
• 打印数据： 将打印数据发送到打印机。

代码示例：发送大量数据

async function sendBulkData(device, endpointNumber, data) {
  try {
    const result = await device.transferOut(endpointNumber, data);

    if (result.status === 'ok') {
      console.log('Bulk transfer successful.');
    } else {
      console.error('Bulk transfer failed:', result.status);
    }
  } catch (error) {
    console.error('Error sending bulk data:', error);
  }
}

代码解释：

1. endpointNumber 指定批量传输的端点号码。
2. data 是要发送的 ArrayBuffer 或 TypedArray 数据。
3. device.transferOut(endpointNumber, data) 发起批量输出传输。
4. result.status 检查传输状态。

批量传输的优缺点：

• 优点： 效率较高，适合大量数据传输。
• 缺点： 没有保证的带宽，容易受到总线负载的影响。 如果总线繁忙，批量传输可能会被延迟。

适用场景： 对实时性要求不高，但需要传输大量数据的场合，比如文件传输、固件升级等。

四、中断传输 (Interrupt Transfers)：报信员，及时汇报情况

中断传输就像 USB 设备的报信员，专门用来周期性地传输小量数据，比如：

• 鼠标移动： 报告鼠标的坐标变化。
• 键盘输入： 报告按键事件。
• 传感器数据： 报告传感器读数。

代码示例：接收中断数据

async function receiveInterruptData(device, endpointNumber) {
  try {
    const result = await device.transferIn(endpointNumber, 64); // Assuming 64 bytes is the maximum packet size

    if (result.status === 'ok') {
      const data = new DataView(result.data.buffer);
      console.log('Interrupt data received:', data);
      return data;
    } else {
      console.error('Interrupt transfer failed:', result.status);
      return null;
    }
  } catch (error) {
    console.error('Error receiving interrupt data:', error);
    return null;
  }
}

代码解释：

1. endpointNumber 指定中断传输的端点号码。
2. 64 是期望接收的最大字节数。
3. device.transferIn(endpointNumber, 64) 发起中断输入传输。
4. result.status 检查传输状态，result.data 包含接收到的数据。

中断传输的优缺点：

• 优点： 有保证的带宽，延迟较低，适合实时性要求高的场合。
• 缺点： 带宽通常较小，不适合传输大量数据。

适用场景： 对实时性要求高，需要周期性传输小量数据的场合，比如鼠标、键盘、传感器等。

五、效率对比：谁是真正的速度之王？

好了，说了这么多，咱们来个总结性的效率对比：

特性	控制传输	批量传输	中断传输
效率	最低	较高	中等
延迟	最高	不确定，取决于总线负载	较低，保证在一定时间内传输
带宽	最小	较大，但没有保证	较小，但有保证
可靠性	最高，有错误重试机制	较低，没有错误重试机制	中等，可能有错误重试机制，取决于设备实现
适用场景	设备配置、获取信息、控制设备行为	大量数据传输，文件传输、固件升级等	周期性小数据传输，鼠标、键盘、传感器等
拥塞处理	总线拥塞时会等待，可能导致传输延迟	总线拥塞时会被延迟，甚至放弃传输	总线拥塞时会降低传输频率，保证一定带宽

六、代码示例：综合应用

光说不练假把式，咱们来个综合应用，模拟一个简单的 USB 温度传感器：

1. 设备初始化 (控制传输)： 读取设备描述符，配置传感器。
2. 读取温度数据 (中断传输)： 周期性地读取温度数据。
3. 上传数据日志 (批量传输)： 将一段时间的温度数据上传到服务器。

async function temperatureSensorExample(device) {
  // 1. 设备初始化 (控制传输)
  const descriptor = await getDeviceDescriptor(device);
  if (!descriptor) {
    console.error('Failed to initialize device.');
    return;
  }
  console.log('Device initialized successfully.');

  // 2. 读取温度数据 (中断传输)
  const interruptEndpoint = 1; // 假设中断端点是 1
  let temperatureData = [];

  const readTemperature = async () => {
    const data = await receiveInterruptData(device, interruptEndpoint);
    if (data) {
      const temperature = data.getInt8(0); // 假设温度数据在第一个字节
      console.log('Temperature:', temperature);
      temperatureData.push(temperature);

      // 3. 上传数据日志 (批量传输) - 每 10 次读取后上传
      if (temperatureData.length >= 10) {
        const bulkEndpoint = 2; // 假设批量端点是 2
        const dataToUpload = new Uint8Array(temperatureData);
        await sendBulkData(device, bulkEndpoint, dataToUpload);
        temperatureData = []; // 清空数据
        console.log('Temperature data uploaded.');
      }
    }
    setTimeout(readTemperature, 100); // 每 100ms 读取一次
  };

  readTemperature();
}

代码解释：

1. getDeviceDescriptor (控制传输) 用于读取设备描述符，初始化设备。
2. receiveInterruptData (中断传输) 周期性地读取温度数据。
3. sendBulkData (批量传输) 每隔一段时间将温度数据上传到服务器。

七、总结：选择最适合你的传输类型

好了，各位小伙伴，今天的 WebUSB 三大金刚讲座就到这里了。记住，没有最好的传输类型，只有最适合你的传输类型。

• 控制传输： 适合对可靠性要求高，但对速度要求不高的场合。
• 批量传输： 适合传输大量数据，但对实时性要求不高的场合。
• 中断传输： 适合对实时性要求高，需要周期性传输小量数据的场合。

希望今天的分享能帮助大家更好地理解 WebUSB 的传输类型，并在实际应用中选择最合适的方案。

最后，记住：技术的世界，没有绝对的对错，只有不断学习和尝试。 祝大家玩得开心！

八、一些额外的小提示

• 端点 (Endpoint) 的选择: USB 设备通常有多个端点，每个端点负责不同的功能。在进行传输之前，需要先了解设备的端点配置，选择正确的端点进行通信。 设备描述符会告诉你端点的信息。
• 数据格式: WebUSB 使用 ArrayBuffer 或 TypedArray 来表示数据。在发送和接收数据时，需要注意数据的格式和编码方式。
• 错误处理: WebUSB 传输可能会出现各种错误，比如设备断开连接、传输超时等。 需要完善的错误处理机制，保证应用的稳定性。 try...catch 和检查 result.status 是关键。
• 权限问题: WebUSB 需要用户授权才能访问 USB 设备。 在连接设备之前，需要先请求用户授权。 navigator.usb.requestDevice() 会弹出授权窗口。
• 调试工具: Chrome 浏览器的 chrome://inspect/#devices 可以用来调试 WebUSB 应用。 可以查看 USB 设备的连接状态、端点配置等信息。 另外，Wireshark 配合 USBPcap 可以抓取 USB 数据包，进行更深入的分析。
• 兼容性: WebUSB 的兼容性还不是很好，需要根据目标用户的浏览器选择合适的方案。 一些旧版本的浏览器可能不支持 WebUSB。
• 安全性: WebUSB 涉及硬件访问，需要注意安全性问题。 避免访问未知的 USB 设备，防止恶意代码攻击。 只信任来自安全来源的代码。
• 异步编程: WebUSB 的 API 都是异步的，需要使用 async/await 或 Promise 来处理异步操作。 理解异步编程是使用 WebUSB 的基础。

好了，这次是真的结束了！希望这些提示能帮到你。 祝大家在 WebUSB 的世界里玩的愉快，做出各种有趣的项目！