STM32 USB設(shè)計(jì)原理

首先，我們來看看usb的工作過程。

當(dāng)usb設(shè)備接入到主機(jī)時(shí)，主機(jī)開始枚舉usb設(shè)備，并向usb設(shè)備發(fā)出指令要求獲取usb設(shè)備的相關(guān)描述信息，其中包括設(shè)備描述（device descriptor）、配置描述（configuration descriptor）、接口描述（interface descriptor）、端點(diǎn)描述（endpoint descriptor）等。這些信息是通過端點(diǎn)0（endpoint 0）傳送到主機(jī)的。獲取各種描述信息后，操作系統(tǒng)會(huì)為其配置相應(yīng)的資源。這樣主機(jī)就可以與設(shè)備之間進(jìn)行通信了。

usb通訊有四種通訊方式控制（control）、中斷（interrupt）、批量（bulk）和同步（synchronous）。usb通訊是通過管道（pipe）實(shí)現(xiàn)的。管道是一個(gè)抽象的概念，指的是主機(jī)與設(shè)備之間通訊的虛擬鏈路。比如說一個(gè)usb通訊主機(jī)A和設(shè)備B，其中有bulk in（批量輸入）、bulk out（批量輸出）、control out（控制輸出）三種通訊方式，那么A與B之間的通訊管道就有三個(gè)。（這里明確一個(gè)概念，在usb通信中數(shù)據(jù)流向都是相對設(shè)備來說的，in表示設(shè)備向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)，out表示表示主機(jī)箱設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)）。在設(shè)備一端，每個(gè)管道對應(yīng)一個(gè)端點(diǎn)，端點(diǎn)配置相關(guān)的寄存器和緩沖區(qū)。在通訊之前需對端點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。在通信中，只需向緩沖寫或讀數(shù)據(jù)，并置位相關(guān)比特位即可。

下面具體從usb的中斷輸入輸出來講述基于keil C mdk開發(fā)環(huán)境的stm32的USB接口單片機(jī)程序設(shè)計(jì)。值得一提的是，st或相關(guān)公司給我們提供許多封裝函數(shù)和相關(guān)例子，我們可以根據(jù)其中的例子并進(jìn)行修改即可實(shí)現(xiàn)我們自己需要的usb通訊程序。

1.usb描述符配置
從上面的講述可以看出，usb描述符是usb通訊的前提。主機(jī)必須先了解設(shè)備后才能與其進(jìn)行通訊。在st提供的例子中，描述符都在usb_des.c文件進(jìn)行定義，下面就其中的Joystick例子說明usb描述負(fù)的配置。

1.1設(shè)備描述符
const u8 Joystick_DeviceDescriptor[JOYSTICK_SIZ_DEVICE_DESC] =
{
0x12,
USB_DEVICE_DESCRIPTOR_TYPE,
0x00,
0x02,
0x00,
0x00,
0x00,
0x40,
0x84,
0x19,
0x06,
0x04,
0x00,
0x02,
1,
2,
3,
0x01
}
設(shè)備描述符兩個(gè)重要參數(shù)是生產(chǎn)商ID和產(chǎn)品ID，主機(jī)將根據(jù)以上兩個(gè)ID為設(shè)備選擇相應(yīng)驅(qū)動(dòng)程序。在我們的應(yīng)用中，我們一般只需修改例子中的這兒兩個(gè)參數(shù)即可完成設(shè)備描述符的設(shè)置。

1.2配置描述符
const u8 Joystick_ConfigDescriptor[JOYSTICK_SIZ_CONFIG_DESC] =
{
0x09,
USB_CONFIGURATION_DESCRIPTOR_TYPE,
JOYSTICK_SIZ_CONFIG_DESC,
0x00,
0x01,
0x01,
0x00,
0xE0,
0x32,

0x09,
USB_INTERFACE_DESCRIPTOR_TYPE,
0x00,
0x00,
0x02,
0x00,
0x00,
0x00,
0,

0x07,
USB_ENDPOINT_DESCRIPTOR_TYPE,
0x81,
0x03,
0x08,
0x00,
0x20,

0x07,
USB_ENDPOINT_DESCRIPTOR_TYPE,
0x01,
0x03,
0x40,
0x00,
0x20,
}
配置描述符中包括了接口、端點(diǎn)的配置。如果設(shè)備為HID設(shè)備，在配置描述符中還應(yīng)加入HID描述，具體描述可以參照J(rèn)oystick例子的配置。

還有一些其他配置可以參可相關(guān)資料與例子加以理解。

2.USB通訊的執(zhí)行過程。
首先，當(dāng)主機(jī)數(shù)據(jù)傳送到USB設(shè)備，USB怎樣接收命令和數(shù)據(jù)呢?USB首先會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷，這個(gè)中斷在stm32fxxx_it.c文件的USB_HP_CAN_TX_IRQHandler和USB_LP_CAN_RX0_IRQHandler中定義，一般使用USB_LP_CAN_RX0_IRQHandler。在這個(gè)函數(shù)中繼續(xù)調(diào)用USB_Istr()函數(shù)，這個(gè)函數(shù)是usb通訊的關(guān)鍵。它接收到主機(jī)命令，指派調(diào)度相應(yīng)函數(shù)進(jìn)行處理。對于這一點(diǎn)，詳細(xì)過程我現(xiàn)在還不是很明白。如果以后搞懂了再補(bǔ)述。

當(dāng)USB設(shè)備接入主機(jī)時(shí)，主機(jī)要枚舉該USB設(shè)備，他將要求USB設(shè)備提供自身相關(guān)信息，這是通過endpoint0實(shí)現(xiàn)的。endpoint0是一個(gè)特殊的端點(diǎn)，每一個(gè)接口（interface）必須有endpoint0。一般情況下，我們需要使用多個(gè)端點(diǎn)（如前所述，配置描述符定義了端點(diǎn)的數(shù)目、類型、傳輸數(shù)據(jù)大小等）。在使用端點(diǎn)前需對端點(diǎn)進(jìn)行初始化。這個(gè)過程在usb_prop.c文件中的xxx_reset()函數(shù)定義。如我定義端點(diǎn)1的兩種傳輸方式：

SetEPType(ENDP1, EP_INTERRUPT);
SetEPRxAddr(ENDP1, ENDP1_RXADDR);
SetEPRxCount(ENDP1, 8);
SetEPRxStatus(ENDP1, EP_RX_VALID);


SetEPType(ENDP1, EP_INTERRUPT);
SetEPTxAddr(ENDP1, ENDP1_TXADDR);
SetEPTxCount(ENDP1, 64);
SetEPTxStatus(ENDP1, EP_TX_NAK);
在定義完端點(diǎn)后，我們就可以使用端點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸了。

向主機(jī)輸入數(shù)據(jù)（in）：IN傳輸過程是
1.向緩沖區(qū)填入數(shù)據(jù)；
2.設(shè)定USB數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器：
3.設(shè)置USB輸出有效。

XXX_send()
{

UserToPMABufferCopy(sendBuffer, ENDP1_TXADDR, 2);
SetEPTxCount(ENDP1, 2);

SetEPTxValid(ENDP1);
}

注意一般情況下，端點(diǎn)的輸入輸出緩沖區(qū)地址沒有定義，須在usb_conf.h中定義具體定義可以參考端點(diǎn)0的定義。

讀從主機(jī)輸出的數(shù)據(jù)（out）：out傳輸過程是
1.定義out回調(diào)函數(shù)；
2.從緩沖區(qū)讀出數(shù)據(jù)：
3.設(shè)置USB輸入有效。

void EP1_OUT_Callback(void)
{
u8 DataLen;
DataLen = GetEPRxCount(ENDP1);
PMAToUserBufferCopy(rcvData, ENDP1_RXADDR, DataLen);
SetEPRxValid(ENDP1);
}
注意在一般情況下,EPX_OUT_Callback（）回調(diào)函數(shù)的申明為空執(zhí)行函數(shù)。需將usb_conf.h中#define EPX_IN_CallbackNOP_Process隱掉。再在合適的地方從新定義void EP1_OUT_Callback(void)（合適的位置是指定義之后運(yùn)行不會(huì)出現(xiàn)EP1_OUT_Callback為申明的錯(cuò)誤就行）。

總結(jié)，在此將stm32芯片的usb通訊進(jìn)行了簡單的闡述。本人水平有限，以上難免會(huì)有錯(cuò)誤，希望大家積極留言，共同探討，共同進(jìn)步。這篇文章是斷斷續(xù)續(xù)寫的，給大家?guī)聿槐?，在此向大家道歉了。不管怎樣希望這篇文章能夠?qū)δ切┻€在對stm32usb編程初步摸索的朋友有一點(diǎn)幫助。