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STM32 USB設(shè)計原理

作者: 時間:2016-11-28 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
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,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)、端點描述(endpoint descriptor)等。這些信息是通過端點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)實現(xiàn)的。管道是一個抽象的概念,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。(這里明確一個概念,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,每個管道對應(yīng)一個端點,端點配置相關(guān)的寄存器和緩沖區(qū)。在通訊之前需對端點進(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。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ID為設(shè)備選擇相應(yīng)驅(qū)動程序。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(diào)用USB_Istr()函數(shù),這個函數(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,詳細(xì)過程我現(xiàn)在還不是很明白。如果以后搞懂了再補述。

當(dāng)USB設(shè)備接入主機(jī)時,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(jìn)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(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(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行不會出現(xiàn)EP1_OUT_Callback為申明的錯誤就行)。

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,以上難免會有錯誤,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幫助。


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