1 功能概述
USB NCM，屬於USB-IF定義的CDC（Communication Device Class）下的一個子類：Network Control Model，用於Host和Device之間交換以太網幀。NCM主要用於高速網絡場景下比如HSPA和LTE數據服務。NCM協議規范基於ECM改進而來，支持了更高的數據率。
ECM和NCM都適用於IEEE 802.3類型的以太網功能，可以將IP流量傳輸到外部網絡。ECM是為USB全速設備設計的，特別是支持docsis 1.0電纜調制解調器。盡管ECM功能完備，但它在吞吐量或效率上不能很好地擴展到更高的USB速度和更高的網絡速度。NCM借鑒了從ECM實現中獲得的經驗，調整了數據傳輸協議，使其實質上更加高效。
使用NCM的主要優點在於它在單個USB批量傳輸中傳輸多個數據報。
NCM功能由一個NCM控制接口和一個NCM數據接口來實現，NCM控制接口用於配置和管理網絡功能，NCM數據接口用於傳輸數據。
2 功能框架
NCM的框架如下圖所示：
3 數據傳輸
NCM允許設備和主機使用一個USB傳輸有效地傳輸一個或多個以太網幀。USB傳輸被格式化為NCM傳輸塊(NTB)。
有兩種NTB格式：NTB-16和NTB-32。前者用來表示長度小於65536字節的NTB，后者用來表示不超過4GB的NTB。下圖是NTB-32的格式。
3.1. NTH（NCM傳輸頭）
NTH用來標識NTB，並向接收方提供有關NTB內容的基本信息。以NTB-32為例，NTH結構的字段如下：
Signature – ncmh
HeaderLength – NTH長度（字節）
SequenceNumber – NTB序列號，主要用來debug，function rest后清零。
BlockLength – NTB長度（字節）
NDPIndex – 首個NDP（NCM數據報指針）在NTB中的偏移位置
3.2. NDP（NCM數據報指針）
NCM數據報指針(NDPs)描述嵌入在NDP中的以太網數據報。與第NTH結構一樣，定義了兩種形式：NDP16和NDP32。以NDP32為例，NDP結構主要字段如下：
Signature – ncm0/ncm1
Length – NDP長度（字節）
NextNdpIndex – 下一個NDP的偏移位置
DatagramIndex[0] – 數據報偏移
DatagramLength[0] – 數據報長度（字節）
…
一個NDP中可以有多個Datagram，最后的DatagramIndex和DatagramLength的值為0。
4 關鍵描述符
---------------- IAD Descriptor -------------------- bLength : 0x08 (8 bytes) bDescriptorType : 0x0B bFirstInterface : 0x00 bInterfaceCount : 0x02 bFunctionClass : 0x02 (Communications and CDC Control) bFunctionSubClass : 0x0D bFunctionProtocol : 0x00 iFunction : 0x08 (String Descriptor 8) Language 0x0409 : "CDC NCM" Data (HexDump) : 08 0B 00 02 02 0D 00 08
IAD Descriptor: Interface AssociationDescriptor，接口關聯描述符，將多個接口組合在一起。
bDescriptorType : 0x0B 表示描述符類型是IAD描述符。
bInterfaceCount : 0x02表示組合的接口數目是2個。
bFunctionClass : 0x02表示CDCclass。
bFunctionSubClass : 0x0D表示NCM subclass.
---------------- Interface Descriptor ----------------- bLength : 0x09 (9 bytes) bDescriptorType : 0x04 (Interface Descriptor) bInterfaceNumber : 0x00 bAlternateSetting : 0x00 bNumEndpoints : 0x01 (1 Endpoint) bInterfaceClass : 0x02 (Communications and CDC Control) bInterfaceSubClass : 0x0D (Network Control Model) bInterfaceProtocol : 0x00 (No class specific protocol required) iInterface : 0x05 (String Descriptor 5) Language 0x0409 : "CDC Network Control Model (NCM)" Data (HexDump) : 09 04 00 00 01 02 0D 00 05
Interface Descriptor : 接口描述符
bInterfaceNumber : 0x00 標識該接口為接口0
bAlternateSetting : 0x00 如果同一個接口有多個描述符設置，那該值就用來區分是哪個
bNumEndpoints : 0x01表示該接口使用1個端點
bInterfaceClass : 0x02 表示CDC class
bInterfaceSubClass : 0x0D 表示NCM subclass
bInterfaceProtocol : 0x00 表示使用標准協議
接口0用作NCM的control接口。
以下4個CDC InterfaceDescriptor屬於functional descriptor，functional descriptor用來描述class-specific的信息，從屬於某個標准接口描述符下。
-------------- CDC Interface Descriptor --------------- bFunctionLength : 0x05 (5 bytes) bDescriptorType : 0x24 (Interface) bDescriptorSubType : 0x00 (Header Functional Descriptor) bcdCDC : 0x110 (CDC Version 1.10) Data (HexDump) : 05 24 00 10 01
HeaderFunctional Descriptor，CDC class-specific的描述符必須以這個描述符作為起始。
-------------- CDC Interface Descriptor --------------- bFunctionLength : 0x05 (5 bytes) bDescriptorType : 0x24 (Interface) bDescriptorSubType : 0x06 (Union Functional Descriptor) bControlInterface : 0x00 bSubordinateInterface[0] : 0x01 Data (HexDump) : 05 24 06 00 01
Union Functional Descriptor，包含控制接口信息。
-------------- CDC Interface Descriptor --------------- bFunctionLength : 0x0D (13 bytes) bDescriptorType : 0x24 (Interface) bDescriptorSubType : 0x0F (Ethernet Networking Functional Descriptor) Data (HexDump) : 0D 24 0F 06 00 00 00 00 EA 05 00 00 00
Ethernet Networking Functional Descriptor，包含網卡的信息，比如MAC地址、統計能力等等。其中MAC地址是通過字符串index來間接表示的，位於該描述符第4個字節，這里是06，表示StringDescriptor 6中存放了MAC地址。
-------------- CDC Interface Descriptor --------------- bFunctionLength : 0x06 (6 bytes) bDescriptorType : 0x24 (Interface) bDescriptorSubType : 0x1A (Unknown) Data (HexDump) : 06 24 1A 00 01 11
NCM Functional Descriptor，0x1A表示NCM Functional Descriptor subtype。
----------------- Endpoint Descriptor ----------------- bLength : 0x07 (7 bytes) bDescriptorType : 0x05 (Endpoint Descriptor) bEndpointAddress : 0x82 (Direction=IN EndpointID=2) bmAttributes : 0x03 (TransferType=InterruptPeriodic) wMaxPacketSize : 0x0010 bInterval : 0x09 (9 ms) Data (HexDump) : 07 05 82 03 10 00 09
接口0的端點描述符，使用IN-2端點，端點方向為IN（Device->Host），中斷傳輸方式。
---------------- Interface Descriptor ----------------- bLength : 0x09 (9 bytes) bDescriptorType : 0x04 (Interface Descriptor) bInterfaceNumber : 0x01 bAlternateSetting : 0x00 bNumEndpoints : 0x00 (Default Control Pipe only) bInterfaceClass : 0x0A (CDC-Data) bInterfaceSubClass : 0x00 bInterfaceProtocol : 0x01 iInterface : 0x07 (String Descriptor 7) Language 0x0409 : "CDC Network Data" Data (HexDump) : 09 04 01 00 00 0A 00 01 07
接口1的第一種設置（bAlternateSetting: 0x00），沒有分配端點，那么就沒有實際傳輸功能，暫不清楚其作用。
---------------- Interface Descriptor ----------------- bLength : 0x09 (9 bytes) bDescriptorType : 0x04 (Interface Descriptor) bInterfaceNumber : 0x01 bAlternateSetting : 0x01 bNumEndpoints : 0x02 (2 Endpoints) bInterfaceClass : 0x0A (CDC-Data) bInterfaceSubClass : 0x00 bInterfaceProtocol : 0x01 iInterface : 0x07 (String Descriptor 7) Language 0x0409 : "CDC Network Data" Data (HexDump) : 09 04 01 01 02 0A 00 01 07
接口1第二種設置（bAlternateSetting: 0x01），用做NCM的data接口。分配了兩個端點。
----------------- Endpoint Descriptor ----------------- bLength : 0x07 (7 bytes) bDescriptorType : 0x05 (Endpoint Descriptor) bEndpointAddress : 0x81 (Direction=IN EndpointID=1) bmAttributes : 0x02 (TransferType=Bulk) wMaxPacketSize : 0x0400 (max 1024 bytes) bInterval : 0x00 (never NAKs) Data (HexDump) : 07 05 81 02 00 04 00
接口1的端點描述符，使用了IN-1端點，傳輸類型為Bulk。
----------------- Endpoint Descriptor ----------------- bLength : 0x07 (7 bytes) bDescriptorType : 0x05 (Endpoint Descriptor) bEndpointAddress : 0x01 (Direction=OUT EndpointID=1) bmAttributes : 0x02 (TransferType=Bulk) wMaxPacketSize : 0x0400 (max 1024 bytes) bInterval : 0x00 (never NAKs) Data (HexDump) : 07 05 01 02 00 04 00
接口1的另一個端點描述符，使用了OUT-1端點，傳輸類型為Bulk。
5 NCM 相關的 Requests 與 Notifications
除了USB標准Requests外，NCM有自己特定的Requests和Notifications。
下表所列的 Requests，GetNtbParameters / GetNtbFormat / GetNtbInputSzie / SetNtbInputSize是必需的，其他是可選的，這幾個必需的 Requests 是與 NCM 傳輸塊（NTB）相關。
NCM Notifications如下表，主要是通知網絡連接狀態和速率變化。
關於以上Requests與Notifications的詳細定義，比較瑣碎，不在此一一列出，實際使用時可以查閱NCM協議規范。
以上就是對USB NCM的簡要介紹。更為詳細的信息，可以查閱USB-IF發布的規范：
https://www.usb.org/document-library/network-control-model-devices-specification-v10-and-errata-and-adopters-agreement
作者：bigfish99
博客：https://www.cnblogs.com/bigfish0506/
公眾號：大魚嵌入式
