USB-NCM数据传输机制NTB

NCM允许设备和主机使用单个USB传输有效地传输一个或多个以太网帧。USB传输被格式化为NCM传输块（NTB）。

1. NTB的核心结构

每个NTB由三部分组成，按顺序排列：

1. NCM Transfer Header (NTH)

   • 作用：标识NTB的起始，提供元数据（如NTB类型、长度、NDP指针位置）。
   • 特点：必须位于NTB的首部，接收端依赖NTH解析后续内容。
   • 字段示例：
     • dwSignature：标识NTB类型（如0x484D434E表示NTB-32）。
     • wBlockLength：NTB总长度。
     • wNdpIndex：指向NDP结构的偏移量。

2. NCM Datagram Pointer (NDP)

   • 作用：指向NTB内封装的以太网帧的起始位置（类似索引表）。
   • 特点：
     • 每个NDP可指向多个以太网帧，形成链表结构。
     • 支持16位（NTB-16）或32位（NTB-32）偏移量（见下图对比）。
   • 字段示例：
     • dwDatagramIndex[]：以太网帧的偏移量数组。
     • wDatagramLength[]：对应帧的长度。

3. 以太网帧数据

   • 封装格式：原始IEEE 802.3帧（含MAC头、载荷、FCS等）。
   • 排列方式：可由发送方自由排列，接收方通过NDP快速定位，无需拷贝重组。

2. NTB的两种格式

NCM定义了两种NTB格式，适配不同USB速率和设备需求：

关键差异：

• NTB-16的字段（如wBlockLength、wNdpIndex）为16位，限制单次传输最多承载40个标准以太网帧（1514字节/帧 × 40 ≈ 60 KiB）。
• NTB-32支持更大块传输，适合高速USB 3.0+设备。

3. NTB的工作流程

1. 发送端（Host/Device）：

   • 将多个以太网帧打包为NTB，按需选择NTB-16或NTB-32格式。
   • 填充NTH和NDP，确保接收端能正确解析帧位置。
   • 通过USB批量传输（Bulk Transfer）发送整个NTB。

2. 接收端（Device/Host）：

   • 读取NTH，确认NTB类型和长度。
   • 根据wNdpIndex找到NDP，遍历dwDatagramIndex提取所有以太网帧。
   • 直接处理帧数据，无需内存拷贝（零拷贝优化）。

4. 关键设计优势

• 减少中断开销：单次USB传输替代多次小包传输，降低主机CPU负载。
• 灵活性与兼容性：
  • 主机动态选择NTB格式（通过初始化协商）。
  • 设备可声明不同的发送（TX）和接收（RX） NTB大小上限。
• 动态调整：发送方可按需调整NTB大小（如网络拥塞时减小块大小）。

5. 实现注意事项

• 格式一致性：同一时间仅使用一种NTB格式（NTB-16或NTB-32），且IN/OUT方向需一致。
• 大小限制：设备需在初始化时通过描述符或控制请求告知主机支持的NTB最大尺寸。
• 错误处理：若NTB校验失败（如长度不符），接收端应丢弃整个块并报告错误。

图示参考

• 图3-1（NTB-16结构）：
  

  [NTH（16位字段）] → [NDP（16位偏移）] → [以太网帧1][帧2]...[帧N]
  

• 图3-2（NTB-32结构）：
  

  [NTH（32位字段）] → [NDP（32位偏移）] → [以太网帧1][帧2]...[帧N]
  

通过NTB机制，NCM在USB协议层实现了接近原生以太网的高效数据传输，同时保持对高低速USB的兼容性。