5我的基于STM32的USB學(xué)習(xí)筆記

1、1/ 8對USB的初步了解：1、USB 的優(yōu)點：可以熱插拔，即插上后可以自動識別；系統(tǒng)總線供電，USB 共有四根線，一根電源線，一根地線，一根 D+線，一 根D-線，D+和 D-線是差分輸入線；可以支持多種設(shè)備，且擴展容易，通過 HUB 可以再一個主機上連接多個設(shè) 備傳輸數(shù)據(jù)的速度快，最快可達 480Mbit/s方便的設(shè)備互聯(lián)：在沒有主機的情況下，實現(xiàn)點到點的通信(還可以實現(xiàn)主從互換) ( U S BOTG)2、USB 的基本規(guī)范：USB1. 0/1. 1 低速情況下1. 5Mbit/s ：鍵盤、鼠標等全速情況下 12Mbit/s ：U 盤、 CD-ROMUSB2. 0 高速達到 480Mbi

2、t/s ：音頻設(shè)備、顯示器等USB OTG 設(shè)備到設(shè)備的傳輸3、USB 設(shè)備類規(guī)范：2/ 8大容量存儲設(shè)備類（Mass Storage Device U 盤、CD-ROM 等人機交互設(shè)備類（Human In terface Device）鍵盤、鼠標、游戲手柄語音設(shè)備類（Audio Device）麥克風、音響等通信設(shè)備類（Communication Device）電話、調(diào)制解調(diào)器等打印機設(shè)備類（Printer Device）打印機監(jiān)視設(shè)備類（Monitor Device）顯示器、攝像頭等4、USB 邏輯上分為 3:信號層，協(xié)議層，數(shù)據(jù)傳輸層協(xié)議層：包是 USB 系統(tǒng)中信息傳輸?shù)幕締挝?，所有的?shù)

3、據(jù)都是經(jīng)過打包后在總線 上傳輸?shù)?。包?6 部分組成：同步字段（SYNC ；包標識符（PID）;地址字段（ADDR ;數(shù)據(jù)字段 （DATA）;檢驗字段（CRC ；包結(jié)束（EOP包標識符（ PID ：令牌包（ Token （輸出，輸入，幀起始，建立 ，數(shù)據(jù)包（ DATA （數(shù) 據(jù)，數(shù)據(jù) 1 ，握手包（ Handsnake （確認，不確認，停止 ，專用包 （Special （前同步5、USB 協(xié)議提供 4 種數(shù)據(jù)傳輸方式：控制傳輸：突發(fā)，非周期性，由主機發(fā)起，用于命令和狀態(tài)的傳輸同步傳輸：周期性，持續(xù)性的傳輸，用于傳輸與時效相關(guān)的信息，并且在數(shù)據(jù)中保存 時間戳的信息中斷傳輸：3/ 8周期性，低頻率

4、，允許有限延遲的通信大容量的數(shù)據(jù)傳輸：非周期性，大容量突發(fā)數(shù)據(jù)的通信6、USB 描述符：1） 設(shè)備描述符：描述設(shè)備的類型、廠商信息、USB 的協(xié)議類型、端點的報數(shù)據(jù)的最大長度 等，每個 USB 設(shè)備只有一個 Device Descriptor2） 配置描述符：每個配置描述符提供了設(shè)備特定的配置，描述了設(shè)備的接口和端點的性 質(zhì)、供電模式、設(shè)備的耗電3） 接口描述符：描述了設(shè)備的不同接口的特性，例如，一個設(shè)備 U 盤的功能，又有鍵盤的 功能，用兩個接口描述符分別描述兩個功能4） 字符串描述符：描述了設(shè)備制造商、設(shè)備名稱、何序列號等信息基于 STM32 制作 USB 的過程STM32 的 USB 模

5、塊特性：遵循 USB8。 4/ 82. 0 全速設(shè)備標準支持雙向 8 個端點， 8 個 IN 端點和 8 個 OUT 端點（每個端點最大可使用 512字節(jié)） 每個端點都有一個緩沖區(qū)描述塊，描述該端點使用的緩沖區(qū)地址、 大小和需要傳輸?shù)淖止?jié)數(shù) 硬件實現(xiàn) CRC 自動生成/校驗，NRZI 編碼/解碼和 bit-stuffing（位插入，位填 充）支持控制傳輸、中斷傳輸、大容量傳輸和同步傳輸四種傳輸方式支持 USB 的掛起和/喚醒*USB 設(shè)備的實現(xiàn)過程 *一、系統(tǒng)初始化1、初始化系統(tǒng)時鐘，設(shè)置 USB 時鐘2、配置 USB 中斷，選擇通道，設(shè)置優(yōu)先級，使能中斷3、配置 GPIO4、USB 的初始化

6、，對描述符、設(shè)備的端點接口等的初始化5、FLASH 勺初始化二、USB 的枚舉枚舉過程就相當于主機和設(shè)備建立連接的過程（接頭），Host 向 Device 詢問一些東西，Device 將自身的設(shè)備類型，如何進行通信報告給 Host，這樣， Host就知道怎么對 Device 進行操作。在枚舉過程中就是如何處理好 SETUP 事件，如果 STM32 USB 接收到正確的SETUP 事件，將響應(yīng)函數(shù) CTR_SETUPQ（）此事件是特殊的 OUT 事件，數(shù)據(jù)方向Host-Device, SETUP 事件數(shù)據(jù)長度固定為1、在 USB 插入主機時，主機首先需要先對 USB 設(shè)備進行供電2、接著 USB

7、 總線復(fù)位：5/ 8設(shè)置分組緩沖區(qū)描述表起始地址；初始化端點 0，設(shè)置發(fā)送和接收狀態(tài)。默認所有的設(shè)備地址和端口地址都會 初始化為0.3、USB 主機往端點 0 的 0 地址位置發(fā)送獲取設(shè)備描述符的請求。/* 發(fā)送請求屬于控制傳輸?shù)慕⑦^程，控制傳輸包括建立過程，可選數(shù)據(jù) 過程及狀態(tài)過程， 首先是主機發(fā)送一個令牌， 其次是發(fā)送的數(shù)據(jù)， 最后設(shè)備回 應(yīng)一個應(yīng)答 （握手包） */4、獲取設(shè)備描述符信息 設(shè)備在接收到請求以后，首先需要對主機發(fā)送來的命令進行解析，并將要發(fā)送給主機的描述符信息填入 USB 緩沖區(qū)中，等待 USB 主機發(fā)送 IN 命令，主機 在接收到設(shè)備發(fā)送來的 ACK 回應(yīng)以后，發(fā)送 I

8、N 令牌包，從而進入到數(shù)據(jù)過程， 之前存儲在 USB 緩沖區(qū)中的描述符信息發(fā)給主機，并等待主機的應(yīng)答。主機在 正確接收到設(shè)備描述符的信息時會返回一個確認信息。5、主機給設(shè)備分配一個新的地址 該階段是一個沒有數(shù)據(jù)過程的控制傳輸。首先，在建立過程中主機往設(shè)備的端點 0 發(fā)送一個設(shè)備地址的請求，新地址在建立過程的數(shù)據(jù)包中。在建立過 程之后直接進入到狀態(tài)過程，在狀態(tài)過程中，設(shè)備等待主機發(fā)送一個IN 令牌包，收到 IN 令牌包后，設(shè)備就會返回一個數(shù)據(jù)包，如果主機確認該數(shù)據(jù)包正確 接收，就會回應(yīng)設(shè)備一個 ACK 設(shè)備收到 ACK 之后啟用新的設(shè)備地址6、 主機重新獲取設(shè)備描述符，配置描述符和字符串描述符（

9、如果是HID 還要獲取報告描述符等）至此 USB 的枚舉過程完成，主機可以根據(jù)枚舉的過程了解到的設(shè)備信息對 USB安裝驅(qū)動程序，并對 USB 進行操作。三、對程序的分析1、 在 Set_System ()中首先配置了 RCC 時鐘，在設(shè)置并開啟 USB 的時鐘6/ 8RCC_USBCLKConfig(RCC_USBCLKSource_PLLCLK_1Div5);RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USB, ENABLE);2、 對 USB 的引腳的設(shè)置，主要設(shè)置上拉電阻，對于此 STM32 板子而言是 設(shè)置 PC13 為開漏輸出(GPIO_Mode_Ou

10、t_OD3、USB 中斷的設(shè)置，設(shè)置了 USB_LP_CAN_RXO_IRQChanr 中斷，因為在USB 傳輸?shù)倪^程中使用的是控制傳輸過程4、最后對 USB 的初始化， 初始化 USB 的控制狀態(tài)為 IN_DATA 狀態(tài)， 對一 些需要使用的指針的初始化，包括設(shè)備信息，設(shè)備標準請求，設(shè)備的支持等的 初始化，供枚舉過程的使用至此，對于 USB 設(shè)備的初始化過程已經(jīng)完成，接下來進行 USB 的主要程序 部分，也就是枚舉過程。插上 USB 之后首先會進入中斷過程，執(zhí)行 USB_lst()函數(shù)中的操作，逐 步進入枚舉過程，接下來從中斷操作開始分析1、進入中斷執(zhí)行 USB_lst()函數(shù)后，首先獲得中

11、斷的狀態(tài)，因為在初始 化階段，首先先對 USB 進行了復(fù)位操作，所以直接可以進入Device_Property .R eset(函數(shù)進行復(fù)位操作。得到 USB 的各類描述符值，設(shè)置報表地址為 0 x00,端點地址為 0 x00,又對 USB的端點 0 和端點 1 的進行了初始化設(shè)置/*在 usb_prop.c 文件中*/2、因為在USB枚舉的階段是通過控制傳輸?shù)膫鬏斶^程來實現(xiàn)的， 所以數(shù)據(jù) 的發(fā)送接收，通過 CTR_LP()中斷進入的在這個函數(shù)中等待中斷狀態(tài)設(shè)置好，并且數(shù)據(jù)發(fā)送正確。然后檢查是不是 端點 0的收發(fā)數(shù)據(jù)，因為在一開始枚舉階段首先是通過端點 0 來接收主機發(fā)來 的數(shù)據(jù)，所以直接進入

12、端點 0 的函數(shù)中 if (EPindex = 0)等地啊主機的 IN 命令 if (wlstr &ISTR_DIR) = 0)接著進入 In0_Process()函數(shù)往主機中發(fā)送數(shù)據(jù)。進入 In0_Process(函數(shù)以后首先要判斷控制狀態(tài)是 IN_DATA、LAST_IN_DAT7/ 8A、WAIT_STATUS_I 中的哪一個或者都不是。等待數(shù)據(jù)的發(fā)送，假設(shè)是 IN_DATA 或 LAST_IN_DATA 則進入數(shù)據(jù)發(fā)送階段DataStageIn ()函數(shù)，主要是發(fā)送開始存入緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)，以描述符為主， 發(fā)送給主機。3、 在主機接收到 USB 發(fā)送來的數(shù)據(jù)之后，主機會重新給 U

13、SB 分配新地址， 這是進入中斷在輪詢時會檢測到(wEPVal&EP_CTR_RX)!=進入到 USB 的接收狀 態(tài)，接著會執(zhí)行 Out0_Process()的主機輸出，USB 接收狀態(tài)。此數(shù)據(jù)輸出主機的 過程與上面數(shù)據(jù)輸入主機的過程相類似。也會初始化數(shù)據(jù)包長，并根據(jù)數(shù)據(jù)長 度來進行數(shù)據(jù)的接收狀態(tài)。數(shù)據(jù)從主機 SB 和數(shù)據(jù)從 USB 寫入主機主要由 UserToPMABufferCopy()MAToUserBufferCopy ()兩個函數(shù)來完成4、接下來主機會以分配給 USB 的新地址來與 USB 進行數(shù)據(jù)通信。通信過程與之前相類似，只是不再使用端點 0，而是使用新地址，非 0 端點

14、的處理。接下來說一下 USB 不同的 c 文件的功能：Usb_core.c 枚舉過程重要的函數(shù)在此列出，包括數(shù)據(jù)輸出主機的函數(shù)DataStageOut ()數(shù)據(jù)輸入主機的函數(shù) DataStageI n()，非 0 數(shù)據(jù)包的建立Data_Setup0 (), 0 數(shù)據(jù)包的建立 NoData_Setup0 (),還有主機發(fā)送的 IN 進 程In0_Process(，主機發(fā)送的 Out 進程 Out0_Process ()。還有一些標準的配置 函數(shù)，接口設(shè)置函數(shù)等等。Usb_init.c 這個 c 文件中只包含一個主要的函數(shù) USB_Init(，這里主要是對在usb_core.c 中使用的重要指針的

15、初始化，包括 pinformation， pProperty 和pUser_Standard_RequestS 這三個指針，另外就是在初始化狀態(tài)時已經(jīng)將 usb 的控制狀態(tài)設(shè)置為 IN_DATA 狀態(tài)。并將 USB 初始化為初始配置，上電，開始設(shè)備 的狀態(tài)為未連接狀態(tài)等Usb_int.c 包含兩個主要函數(shù) CTR_HP()和 CTR_LPQCTR_HP()用于處理 高優(yōu)先級中斷，用于同步傳輸模式和批量模式(雙緩沖區(qū))，CTR_L(P )用于處理低優(yōu)先級中斷，用于控制傳輸，中斷傳輸和批量傳輸(單緩沖區(qū))。8/ 8Usb_mem.c 包含兩個函數(shù) PMAToUserBufferCopy ()和UserToPMABufferCopy()，是將 PMA 緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)傳給用戶，和將用戶緩沖 區(qū)數(shù)據(jù)傳給 PMA 緩沖區(qū)的主要數(shù)據(jù)傳輸過程。Usb_regs.c 主要是調(diào)用宏，實現(xiàn)寄存器的操作，但是上層函數(shù)很少調(diào)用這些 函數(shù)直接就是用宏。Usb_pwr.c 主要是包括對一些電源的配置，包括 USB 上電 PowerOn (), USB斷電 PowerOff(),掛起函數(shù) Suspend (),處理喚醒恢復(fù)操作 Resumenit ()，狀態(tài)機處理和恢復(fù)函數(shù) Resume()Usb_desc.c 主要是對描述符的定義，有 CustomHID_D