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JS `WebUSB` `USB Transfer Types` (`Control`, `Bulk`, `Interrupt`, `Isochronous`) 性能分析

各位观众老爷，大家好！我是你们的老朋友，今天咱们不聊风花雪月，来聊聊WebUSB里那些“妖艳贱货”——USB传输类型。

话说这WebUSB啊，让浏览器直接跟USB设备“勾搭”上了，想想都刺激。但想玩转它，就得先摸清USB传输类型的脾气，不然，小心你的数据像脱缰的野马，不知跑哪儿去了。

USB传输类型，简单来说，就是USB设备跟主机（比如你的电脑）之间数据交流的方式。一共四种，各有千秋，咱们一个一个来扒皮。

一、Control Transfer（控制传输）：USB界的“外交官”

Control Transfer，翻译过来就是“控制传输”，听着就感觉很正式。它就像USB世界的“外交官”，负责设备配置、状态查询、命令下达等重要任务。

  • 特点： 可靠性高，速度慢，双向。
  • 用途： 设备枚举、配置、状态查询、控制命令。
  • 比喻： 就像给设备发“圣旨”，必须确保对方收到，并按旨意办事。

Control Transfer的结构：

Control Transfer 通常由三个阶段组成：

  1. Setup Stage (设置阶段)： 主机发送一个包含请求类型、请求代码、索引和长度的Setup包。这个包就像是“外交信函的信封”，告诉设备要做什么。
  2. Data Stage (数据阶段)： 主机或设备根据Setup包中的指示，发送或接收数据。这就像是“信函的正文”。
  3. Status Stage (状态阶段)： 主机或设备发送一个零长度的数据包（ZLP），表示传输完成。这就像是“盖章确认”，表示对方已收到并处理完毕。

代码示例：

async function controlTransferOut(device, requestType, request, value, index, data) {
  try {
    const result = await device.controlTransferOut({
      requestType: requestType,
      recipient: "device", // 或 "interface", "endpoint", "other"
      request: request,
      value: value,
      index: index
    }, data);

    if (result.status === "ok") {
      console.log("Control Transfer Out successful!");
    } else {
      console.error("Control Transfer Out failed:", result.status);
    }
  } catch (error) {
    console.error("Control Transfer Out error:", error);
  }
}

async function controlTransferIn(device, requestType, request, value, index, length) {
  try {
    const result = await device.controlTransferIn({
      requestType: requestType,
      recipient: "device", // 或 "interface", "endpoint", "other"
      request: request,
      value: value,
      index: index
    }, length);

    if (result.status === "ok") {
      console.log("Control Transfer In successful!", result.data);
      return result.data;
    } else {
      console.error("Control Transfer In failed:", result.status);
      return null;
    }
  } catch (error) {
    console.error("Control Transfer In error:", error);
    return null;
  }
}

// 使用示例：获取设备描述符
async function getDeviceDescriptor(device) {
  const requestType = "standard"; // 标准请求
  const request = 6; // GET_DESCRIPTOR 请求
  const value = 0x0100; // 设备描述符类型和索引
  const index = 0;
  const length = 18; // 设备描述符长度

  const descriptor = await controlTransferIn(device, requestType, request, value, index, length);

  if (descriptor) {
    // 将 DataView 转换为 Uint8Array
    const descriptorArray = new Uint8Array(descriptor.buffer);
    console.log("Device Descriptor:", descriptorArray);
    // 在这里解析设备描述符
  }
}

// 使用示例：设置配置
async function setConfiguration(device, configurationValue) {
  const requestType = "standard";
  const request = 9; // SET_CONFIGURATION 请求
  const value = configurationValue; // 配置值
  const index = 0;
  const data = new Uint8Array([]); // 无数据

  await controlTransferOut(device, requestType, request, value, index, data);
}

// 假设 device 已经连接
// 举例 调用
// await getDeviceDescriptor(device);
// await setConfiguration(device, 1);

注意事项：

  • requestType、recipient、request、value、index这些参数要仔细设置，搞错了，设备可不认账。
  • Control Transfer通常用于短数据传输，不适合大量数据。
  • controlTransferOut 用于主机向设备发送数据，controlTransferIn 用于主机从设备接收数据。
  • requestType 可以是 "standard" (标准请求), "class" (类请求), 或 "vendor" (厂商请求)。
  • recipient 可以是 "device" (设备), "interface" (接口), "endpoint" (端点), 或 "other" (其他)。

二、Bulk Transfer（批量传输）：USB界的“搬运工”

Bulk Transfer，翻译过来就是“批量传输”，顾名思义，它适合传输大量数据，但对实时性要求不高。

  • 特点： 速度快，可靠性高，尽力而为，流量控制。
  • 用途： 大容量存储设备、打印机、扫描仪。
  • 比喻： 就像“搬运工”，一次搬很多东西，但可以慢点，只要保证送到就行。

Bulk Transfer的结构：

Bulk Transfer 比较简单，就是主机或设备将数据分成若干个数据包，然后依次发送。如果数据包出错，会进行重传，直到成功或放弃。

代码示例：

async function bulkTransferOut(endpoint, data) {
  try {
    const result = await endpoint.transferOut(data);
    console.log("Bulk Transfer Out successful!", result);
  } catch (error) {
    console.error("Bulk Transfer Out error:", error);
  }
}

async function bulkTransferIn(endpoint, length) {
  try {
    const result = await endpoint.transferIn(length);
    console.log("Bulk Transfer In successful!", result);
    return result.data;
  } catch (error) {
    console.error("Bulk Transfer In error:", error);
    return null;
  }
}

// 使用示例：向Bulk Out端点发送数据
async function sendDataToDevice(device, endpointNumber, data) {
  const endpoint = device.configuration.interfaces[0].alternate.endpoints.find(e => e.endpointNumber === endpointNumber && e.direction === "out" && e.type === "bulk");

  if (!endpoint) {
    console.error("Bulk Out endpoint not found!");
    return;
  }

  await bulkTransferOut(endpoint, data);
}

// 使用示例：从Bulk In端点接收数据
async function receiveDataFromDevice(device, endpointNumber, length) {
  const endpoint = device.configuration.interfaces[0].alternate.endpoints.find(e => e.endpointNumber === endpointNumber && e.direction === "in" && e.type === "bulk");

  if (!endpoint) {
    console.error("Bulk In endpoint not found!");
    return null;
  }

  return await bulkTransferIn(endpoint, length);
}

// 假设 device 已经连接，endpointNumber 为端点号
// 举例 调用
// const dataToSend = new Uint8Array([0x01, 0x02, 0x03, 0x04]);
// await sendDataToDevice(device, 2, dataToSend);

// const receivedData = await receiveDataFromDevice(device, 1, 64);
// if (receivedData) {
//   const receivedArray = new Uint8Array(receivedData.buffer);
//   console.log("Received data:", receivedArray);
// }

注意事项：

  • Bulk Transfer 依赖于USB总线的可用带宽，如果总线繁忙，速度可能会下降。
  • Bulk Transfer 有流量控制机制，防止设备或主机 overwhelmed。
  • transferOut 用于主机向设备发送数据，transferIn 用于主机从设备接收数据。
  • 要确保找到正确的Bulk In和Bulk Out端点。

三、Interrupt Transfer（中断传输）：USB界的“快递小哥”

Interrupt Transfer，翻译过来就是“中断传输”，它适合传输少量、频繁的数据，对实时性有一定要求。

  • 特点： 速度较慢，可靠性高，周期性传输，延迟敏感。
  • 用途： 键盘、鼠标、游戏手柄。
  • 比喻： 就像“快递小哥”，定期送一些小包裹，虽然不多，但要及时送到。

Interrupt Transfer的结构：

Interrupt Transfer 也是将数据分成数据包，然后周期性地发送。如果数据包出错，会进行重传。

代码示例：

async function interruptTransferIn(endpoint, length) {
  try {
    const result = await endpoint.transferIn(length);
    console.log("Interrupt Transfer In successful!", result);
    return result.data;
  } catch (error) {
    console.error("Interrupt Transfer In error:", error);
    return null;
  }
}

// 使用示例：从 Interrupt In 端点接收数据
async function receiveDataFromInterruptEndpoint(device, endpointNumber, length) {
  const endpoint = device.configuration.interfaces[0].alternate.endpoints.find(e => e.endpointNumber === endpointNumber && e.direction === "in" && e.type === "interrupt");

  if (!endpoint) {
    console.error("Interrupt In endpoint not found!");
    return null;
  }

  return await interruptTransferIn(endpoint, length);
}

// 假设 device 已经连接，endpointNumber 为端点号
// 举例 调用
// const receivedData = await receiveDataFromInterruptEndpoint(device, 1, 8);
// if (receivedData) {
//   const receivedArray = new Uint8Array(receivedData.buffer);
//   console.log("Received data:", receivedArray);
// }

注意事项：

  • Interrupt Transfer 有固定的轮询间隔，设备会按照这个间隔发送数据。
  • Interrupt Transfer 适合传输少量、频繁的数据，比如鼠标的移动、键盘的按键。
  • transferIn 用于主机从设备接收数据。
  • 要确保找到正确的Interrupt In端点。

四、Isochronous Transfer（同步传输）：USB界的“直播达人”

Isochronous Transfer，翻译过来就是“同步传输”，它适合传输大量、实时性要求极高的数据，但允许少量错误。

  • 特点： 速度快，实时性高，允许少量错误，带宽预留。
  • 用途： 音频、视频设备。
  • 比喻： 就像“直播达人”，必须保证画面流畅，声音清晰，就算偶尔卡顿一下，观众也能接受。

Isochronous Transfer的结构：

Isochronous Transfer 在USB总线上预留一定的带宽，保证数据能够及时传输。如果数据包出错，不会进行重传，而是直接丢弃。

代码示例：

很遗憾，WebUSB API 不支持 Isochronous Transfer。因为 Isochronous Transfer 需要对USB总线进行更底层的控制，而WebUSB API 为了安全性和易用性，屏蔽了这些底层细节。

总结：

咱们来用一张表格总结一下这四种传输类型的特点：

传输类型 特点 用途 可靠性 速度 实时性 WebUSB支持
Control Transfer 可靠性高，速度慢，双向 设备枚举、配置、状态查询、控制命令 高 慢 低 支持
Bulk Transfer 速度快，可靠性高，尽力而为，流量控制 大容量存储设备、打印机、扫描仪 高 快 低 支持
Interrupt Transfer 速度较慢，可靠性高，周期性传输，延迟敏感 键盘、鼠标、游戏手柄 高 较慢 中 支持
Isochronous Transfer 速度快，实时性高，允许少量错误，带宽预留 音频、视频设备 低 快 高 不支持

选择合适的传输类型：

选择哪种传输类型，取决于你的设备和应用的需求：

  • 如果需要可靠地传输少量控制信息，选择 Control Transfer。
  • 如果需要传输大量数据，但对实时性要求不高，选择 Bulk Transfer。
  • 如果需要传输少量、频繁的数据，且对实时性有一定要求，选择 Interrupt Transfer。
  • 如果需要传输大量、实时性要求极高的数据，但允许少量错误，很遗憾，WebUSB不支持，你得考虑其他方案了。

最后，再啰嗦几句：

  • WebUSB虽然方便，但也要注意安全问题，不要连接来源不明的USB设备。
  • 在开发WebUSB应用时，要仔细阅读设备文档，了解设备的通信协议。
  • 多做实验，多调试，才能真正掌握WebUSB的精髓。

好了，今天的讲座就到这里，希望大家有所收获。下次再见！

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