STM32 USB設計原理

首先，我們來看看usb的工作過程。

當usb設備接入到主機時，主機開始枚舉usb設備，并向usb設備發(fā)出指令要求獲取usb設備的相關描述信息，其中包括設備描述（device descriptor）、配置描述（configuration descriptor）、接口描述（interface descriptor）、端點描述（endpoint descriptor）等。這些信息是通過端點0（endpoint 0）傳送到主機的。獲取各種描述信息后，操作系統(tǒng)會為其配置相應的資源。這樣主機就可以與設備之間進行通信了。

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）實現(xiàn)的。管道是一個抽象的概念，指的是主機與設備之間通訊的虛擬鏈路。比如說一個usb通訊主機A和設備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。（這里明確一個概念，在usb通信中數(shù)據(jù)流向都是相對設備來說的，in表示設備向主機傳送數(shù)據(jù)，out表示表示主機箱設備傳輸數(shù)據(jù)）。在設備一端，每個管道對應一個端點，端點配置相關的寄存器和緩沖區(qū)。在通訊之前需對端點進行相關設置。在通信中，只需向緩沖寫或讀數(shù)據(jù)，并置位相關比特位即可。

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接口單片機程序設計。值得一提的是，st或相關公司給我們提供許多封裝函數(shù)和相關例子，我們可以根據(jù)其中的例子并進行修改即可實現(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。主機必須先了解設備后才能與其進行通訊。在st提供的例子中，描述符都在usb_des.c文件進行定義，下面就其中的Joystick例子說明usb描述負的配置。

1.1設備描述符
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
}
設備描述符兩個重要參數(shù)是生產(chǎn)商ID和產(chǎn)品ID，主機將根據(jù)以上兩個ID為設備選擇相應驅動程序。在我們的應用中，我們一般只需修改例子中的這兒兩個參數(shù)即可完成設備描述符的設置。

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、端點的配置。如果設備為HID設備，在配置描述符中還應加入HID描述，具體描述可以參照Joystick例子的配置。

還有一些其他配置可以參可相關資料與例子加以理解。

2.USB通訊的執(zhí)行過程。
首先，當主機數(shù)據(jù)傳送到USB設備，USB怎樣接收命令和數(shù)據(jù)呢?USB首先會產(chǎn)生一個中斷，這個中斷在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。在這個函數(shù)中繼續(xù)調用USB_Istr()函數(shù)，這個函數(shù)是usb通訊的關鍵。它接收到主機命令，指派調度相應函數(shù)進行處理。對于這一點，詳細過程我現(xiàn)在還不是很明白。如果以后搞懂了再補述。

當USB設備接入主機時，主機要枚舉該USB設備，他將要求USB設備提供自身相關信息，這是通過endpoint0實現(xiàn)的。endpoint0是一個特殊的端點，每一個接口（interface）必須有endpoint0。一般情況下，我們需要使用多個端點（如前所述，配置描述符定義了端點的數(shù)目、類型、傳輸數(shù)據(jù)大小等）。在使用端點前需對端點進行初始化。這個過程在usb_prop.c文件中的xxx_reset()函數(shù)定義。如我定義端點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);
在定義完端點后，我們就可以使用端點進行數(shù)據(jù)傳輸了。

向主機輸入數(shù)據(jù)（in）：IN傳輸過程是
1.向緩沖區(qū)填入數(shù)據(jù)；
2.設定USB數(shù)據(jù)計數(shù)器：
3.設置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0的定義。

讀從主機輸出的數(shù)據(jù)（out）：out傳輸過程是
1.定義out回調函數(shù)；
2.從緩沖區(qū)讀出數(shù)據(jù)：
3.設置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行不會出現(xiàn)EP1_OUT_Callback為申明的錯誤就行）。

總結，在此將stm32芯片的usb通訊進行了簡單的闡述。本人水平有限，以上難免會有錯誤，希望大家積極留言，共同探討，共同進步。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對那些還在對stm32usb編程初步摸索的朋友有一點幫助。