基于STM32CubeMX生成HID雙向通訊工程的說明
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客戶在做USB通訊的時候，基本的需求就是發(fā)送某些數(shù)據(jù)到USB host端，同時接收一些數(shù)據(jù)從USB Host端，那么如何快速的建立一個工程并驗證數(shù)據(jù)是否正確呢?下邊我們就結(jié)合STM32F072的評估板(其他的STM32xx系列的實現(xiàn)方式都是類似的)來快速實現(xiàn)一個簡單的數(shù)據(jù)收發(fā)實驗。
本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/201609/296595.htm下面是具體操作和一些基本的解說。
USBHost軟件的準備
PC端軟件使用ST免費提供的Usb Hid Demonstrator。這個軟件可以在ST官網(wǎng)上免費下載到。連接地址：STSW-STM32084，此軟件調(diào)用的是windows標準的HID類驅(qū)動，所以無需安裝任何驅(qū)動程序及可運行。
下載安裝完這個軟件之后，我們就可以開始開發(fā)STM32的USB從機程序了。
首先，打開STM32CubeMX">STM32CubeMX，新建工程，選擇STM32F072B-DISCOVERY開發(fā)板。
其次，在Pinout選項中，開打USB的device功能。
并在Middleware中選擇開啟class for IP中的 custom Human Interface Device(HID)
點擊“保存”后直接生成工程。我們這里以生成IAR工程為例，項目名叫做HID。
這樣我們的工程就基本成功了，但是還缺少最最關鍵的一步，就是USB主機和從機的通訊“協(xié)議”，這個協(xié)議在那里實現(xiàn)呢?因為我們Host端軟件已經(jīng)是Usb Hid Demonstrator，那么這邊的協(xié)議就已經(jīng)固定了(其實在實際的開發(fā)中大多是主機端和從機相互溝通后，軟件自行修改的)，從機只需要對應這套協(xié)議即可。
將如下代碼復制，替換掉usbd_custom_hid_if.c文件中的同名數(shù)組。
__ALIGN_BEGIN static uint8_tCUSTOM_HID_ReportDesc_FS [USBD_CUSTOM_HID_REPORT_DESC_SIZE] __ALIGN_END =
{
0x06, 0xFF, 0x00, /* USAGE_PAGE(Vendor Page: 0xFF00) */
0x09, 0x01, /* USAGE (Demo Kit) */
0xa1, 0x01, /* COLLECTION(Application) */
/* 6 */
/* LED1 */
0x85, LED1_REPORT_ID, /* REPORT_ID(1) */
0x09, 0x01, /* USAGE (LED 1) */
0x15, 0x00, /* LOGICAL_MINIMUM (0)*/
0x25, 0x01, /* LOGICAL_MAXIMUM (1)*/
0x75, 0x08, /* REPORT_SIZE (8) */
0x95, LED1_REPORT_COUNT, /*REPORT_COUNT (1) */
0xB1, 0x82, /* FEATURE(Data,Var,Abs,Vol) */
0x85, LED1_REPORT_ID, /* REPORT_ID(1) */
0x09, 0x01, /* USAGE (LED 1) */
0x91, 0x82, /* OUTPUT(Data,Var,Abs,Vol) */
/* 26 */
/* LED2 */
0x85, LED2_REPORT_ID, /* REPORT_ID 2*/
0x09, 0x02, /* USAGE (LED 2) */
0x15, 0x00, /* LOGICAL_MINIMUM (0)*/
0x25, 0x01, /* LOGICAL_MAXIMUM (1)*/
0x75, 0x08, /* REPORT_SIZE (8) */
0x95, LED2_REPORT_COUNT, /*REPORT_COUNT (1) */
0xB1, 0x82, /* FEATURE(Data,Var,Abs,Vol) */
0x85, LED2_REPORT_ID, /* REPORT_ID(2) */
0x09, 0x02, /* USAGE (LED 2) */
0x91, 0x82, /* OUTPUT(Data,Var,Abs,Vol) */
/* 46 */
/* LED3 */
0x85, LED3_REPORT_ID, /* REPORT_ID(3) */
0x09, 0x03, /* USAGE (LED 3) */
0x15, 0x00, /* LOGICAL_MINIMUM (0)*/
0x25, 0x01, /* LOGICAL_MAXIMUM (1)*/
0x75, 0x08, /* REPORT_SIZE (8) */
0x95, LED3_REPORT_COUNT, /*REPORT_COUNT (1) */
0xB1, 0x82, /* FEATURE(Data,Var,Abs,Vol) */
0x85, LED3_REPORT_ID, /* REPORT_ID(3) */
0x09, 0x03, /* USAGE (LED 3) */
0x91, 0x82, /* OUTPUT (Data,Var,Abs,Vol) */
/* 66 */
/* LED4 */
0x85, LED4_REPORT_ID, /* REPORT_ID4) */
0x09, 0x04, /* USAGE (LED 4) */
0x15, 0x00, /* LOGICAL_MINIMUM (0)*/
0x25, 0x01, /* LOGICAL_MAXIMUM (1)*/
0x75, 0x08, /* REPORT_SIZE (8) */
0x95, LED4_REPORT_COUNT, /*REPORT_COUNT (1) */
0xB1, 0x82, /* FEATURE(Data,Var,Abs,Vol) */
0x85, LED4_REPORT_ID, /* REPORT_ID(4) */
0x09, 0x04, /* USAGE (LED 4) */
0x91, 0x82, /* OUTPUT(Data,Var,Abs,Vol) */
/* 86 */
/* key Push Button */
0x85, KEY_REPORT_ID, /* REPORT_ID(5) */
0x09, 0x05, /* USAGE (Push Button)*/
0x15, 0x00, /* LOGICAL_MINIMUM (0)*/
0x25, 0x01, /* LOGICAL_MAXIMUM (1)*/
0x75, 0x01, /* REPORT_SIZE (1) */
0x81, 0x82, /* INPUT(Data,Var,Abs,Vol) */
0x09, 0x05, /* USAGE (Push Button)*/
0x75, 0x01, /* REPORT_SIZE (1) */
0xb1, 0x82, /* FEATURE(Data,Var,Abs,Vol) */
0x75, 0x07, /* REPORT_SIZE (7) */
0x81, 0x83, /* INPUT(Cnst,Var,Abs,Vol) */
0x85, KEY_REPORT_ID, /* REPORT_ID(2) */
0x75, 0x07, /* REPORT_SIZE (7) */
0xb1, 0x83, /* FEATURE (Cnst,Var,Abs,Vol)*/
/* 114 */
/* Tamper Push Button */
0x85, TAMPER_REPORT_ID,/* REPORT_ID(6) */
0x09, 0x06, /* USAGE (Tamper PushButton) */
0x15, 0x00, /* LOGICAL_MINIMUM (0)*/
0x25, 0x01, /* LOGICAL_MAXIMUM (1)*/
0x75, 0x01, /* REPORT_SIZE (1) */
0x81, 0x82, /* INPUT(Data,Var,Abs,Vol) */
0x09, 0x06, /* USAGE (Tamper PushButton) */
0x75, 0x01, /* REPORT_SIZE (1) */
0xb1, 0x82, /* FEATURE(Data,Var,Abs,Vol) */
0x75, 0x07, /* REPORT_SIZE (7) */
0x81, 0x83, /* INPUT (Cnst,Var,Abs,Vol)*/
0x85, TAMPER_REPORT_ID,/* REPORT_ID(6) */
0x75, 0x07, /* REPORT_SIZE (7) */
0xb1, 0x83, /* FEATURE(Cnst,Var,Abs,Vol) */
/* 142 */
/* ADC IN */
0x85, ADC_REPORT_ID, /* REPORT_ID */
0x09, 0x07, /* USAGE (ADC IN) */
0x15, 0x00, /* LOGICAL_MINIMUM (0)*/
0x26, 0xff, 0x00, /* LOGICAL_MAXIMUM(255) */
0x75, 0x08, /* REPORT_SIZE (8) */
0x81, 0x82, /* INPUT(Data,Var,Abs,Vol) */
0x85, ADC_REPORT_ID, /* REPORT_ID(7) */
0x09, 0x07, /* USAGE (ADC in) */
0xb1, 0x82, /* FEATURE (Data,Var,Abs,Vol)*/
/* 161 */
0xc0 /* END_COLLECTION */
};
注意：這里一定要覆蓋“同名”數(shù)組，千萬不要覆蓋錯了。
之后將如下代碼復制到usbd_custom_hid_if_if.h中。
#define LED1_REPORT_ID 0x01
#define LED1_REPORT_COUNT 0x01
#define LED2_REPORT_ID 0x02
#define LED2_REPORT_COUNT 0x01
#define LED3_REPORT_ID 0x03
#define LED3_REPORT_COUNT 0x01
#define LED4_REPORT_ID 0x04
#define LED4_REPORT_COUNT 0x01
#define KEY_REPORT_ID 0x05
#define TAMPER_REPORT_ID 0x06
#define ADC_REPORT_ID 0x07
最后在usbd_conf.h文件中將USBD_CUSTOM_HID_REPORT_DESC_SIZE的定義值修改
為163(默認值是2)
#defineUSBD_CUSTOM_HID_REPORT_DESC_SIZE 163 //2
為什么這樣修改呢? 簡單說一下其中關鍵值的含義。
這個HID 的報文描述符其實定義了8個部分(條目)的功能定義，分為LED1，LED2，LED3，
LED4，按鍵輸入，篡改按鍵輸入和ADC輸入。每部分的基本格式都是固定的。以LED1為例(其他條目可自行對照文檔解析)：
0x85, LED1_REPORT_ID， 含義是這個功能的ID號是LED1_REPORT_ID(宏定義為0x01)
這個ID號是每次報文發(fā)送的時候最先被發(fā)送出去的(USB都是LSB)字節(jié)，之后跟著的才是我們實際有效的數(shù)據(jù)/指令，到底是數(shù)據(jù)還是指令，就看你的應用程序如何去解析這個數(shù)據(jù)了。
0x09, 0x01, 這個功能序號為1，后邊的序號依次遞加。
0x15, 0x00, 這個是規(guī)定邏輯最小值為0 。
0x25, 0x01, 這個是規(guī)定邏輯最大值為1 。
上邊的這兩條語句規(guī)定了跟在報文ID后邊的數(shù)據(jù)范圍，最大值是1，最小值是0.(因為我們的LED也就只有滅和亮兩種狀態(tài))
0x75, 0x08, 這個是報文的大小為8，只要別寫錯就行了。
0x95, LED1_REPORT_COUNT， 這個是說下邊有LED1_REPORT_COUNT (宏定義為1)個項目會被添加，即這個功能的數(shù)量是1個 。
0xB1, 0x82, 這個是規(guī)定能夠發(fā)送給從機設備的數(shù)據(jù)信息。
0x91, 0x82, 這個規(guī)定了該功能的數(shù)據(jù)方向是輸出(傳輸方向以主機為參照)。
總結(jié)一下，通過這個報文描述符，我們就告訴了主機，在HID中有一個功能ID為1的功能，其方向是從主機到從機，每次發(fā)送1個有效數(shù)據(jù)(前邊的ID是都要含有的)，這個數(shù)據(jù)可以是0或者是1.
關于HID 報文描述符的詳細信息，您可以在下邊的網(wǎng)址下載一篇叫做《Device Class Definitionfor HID》的文檔來參考。http://www.usb.org/developers/hidpage
這樣基本的程序框架就已經(jīng)成功了。此時我們可以先編譯一下，看看是否有任何遺漏的或者筆誤。如果編譯是正確的，那么我們就可以先下載到硬件開發(fā)板上，連接到PC端，看看是否可以枚舉出設備。如果您前邊的修改都是正確的，那么在PC的設備管理器中會看到如下圖所示的內(nèi)容。
注意：開發(fā)板上有兩個一模一樣的Mini USB接口，一個是USB USER，另 一個是USB ST-link，下載代碼的時候用USB ST-Link，連接電腦運行程序的時候要用USB USER。
此時我們的USB枚舉就完成了，這個是USB通訊的關鍵步驟，之后的應用通訊內(nèi)容都是通過這個枚舉工程來進行“規(guī)劃”的。
數(shù)據(jù)發(fā)送
就類似串口通訊，我們首先做一個數(shù)據(jù)的發(fā)送工作。
在Main.c文件中，我們在while(1)的主循環(huán)中增加我們的發(fā)送函數(shù)，主要就是調(diào)用發(fā)送報文的
API：USBD_CUSTOM_HID_SendReport()
/* USER CODE BEGIN 2 */
uint8_t i=0;
sendbuffer[0]=0x07; //這個是report ID，每次發(fā)送報文都需要以這個為開始，這樣主機才能正確//解析后邊的數(shù)據(jù)含義
sendbuffer[1]=0x01; //這個是實際發(fā)送的數(shù)據(jù)，可以自由定義，只要不超過報文描述符的限制
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
HAL_Delay(100); //延遲100ms
sendbuffer[1]++; //每次發(fā)送都將變量自加1
USBD_CUSTOM_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,sendbuffer,2);//發(fā)送報文
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */
編譯后下載到MCU內(nèi)，連接上位機軟件即可看到如下所示的進度條在不斷的增長。
這個就是我們上傳到的數(shù)據(jù)在上位機的圖形顯示，你也可以看Input/outputtransfer里的數(shù)據(jù)變化。
這樣看起來是不是更像是串口調(diào)試助手了?嘿嘿本來機制就差不多的。
數(shù)據(jù)接收
MCU的USB數(shù)據(jù)是如何接收的呢?是不是調(diào)用一個類似于串口接收的API呢?
不是的!USB的數(shù)據(jù)接收都是在中斷中完成的，在新建的工程中，我們在函數(shù)CUSTOM_HID_OutEvent_FS內(nèi)增加如下代碼。
static int8_t CUSTOM_HID_OutEvent_FS(uint8_t event_idx, uint8_t state)
{
/* USER CODE BEGIN 6 */switch(event_idx)
{
case 1: /* LED3 */
(state == 1) ?HAL_GPIO_WritePin(LD3_GPIO_Port,LD3_Pin,GPIO_PIN_SET) :
HAL_GPIO_WritePin(LD3_GPIO_Port,LD3_Pin,GPIO_PIN_RESET);
break;
case 2: /* LED4 */
(state == 1) ?HAL_GPIO_WritePin(LD4_GPIO_Port,LD4_Pin,GPIO_PIN_SET) :
HAL_GPIO_WritePin(LD4_GPIO_Port,LD4_Pin,GPIO_PIN_RESET);
break;
case 3: /* LED5 */
(state == 1) ?HAL_GPIO_WritePin(LD5_GPIO_Port,LD5_Pin,GPIO_PIN_SET) :
HAL_GPIO_WritePin(LD5_GPIO_Port,LD5_Pin,GPIO_PIN_RESET);
break;
case 4: /* LED6 */
(state == 1) ?HAL_GPIO_WritePin(LD6_GPIO_Port,LD6_Pin,GPIO_PIN_SET) :
HAL_GPIO_WritePin(LD6_GPIO_Port,LD6_Pin,GPIO_PIN_RESET);
break;
default:
break;
}
return (0);
/* USER CODE END 6 */
}
編譯之后下載到MCU內(nèi)，通過USB USER連接到PC端，打開Usb HidDemonstrator，我們可以通過勾選右下角的圖形界面來實現(xiàn)控制開發(fā)板上的LED電量或者關閉。
當然，這個是通過圖像化的界面來進行控制，你也可以通過Input/outputtransfer中的寫入對話框來完成這個操作。注意，寫入的第一個字節(jié)是ID，表示你想控制的是哪個LED;第二個字節(jié)是0或者是1，表示你想讓這個LDE的狀態(tài)變成滅還是亮。
總結(jié)：
本范例程序是為了快速實現(xiàn)USB 從機設備與主句設備雙向通訊目的，其初始化代碼是用STM32CubeMX來生成的，大大降低了工程師開發(fā)USB設備的難度(尤其是是入門階段的難度)。從這個工程的基礎上，工程師可以比較方便的建立好框架工程并，對其中的代碼進行研究，進而移植或增加自己的應用代碼。
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