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通信中數據流向都是相對設備來說的，in表示設備向主機傳送數據，out表示表示主機箱設備傳輸數據）。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。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據，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開發環境的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和相關例子，我們可以根據其中的例子并進行修改即可實現我們自己需要的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是生產商ID和產品ID，主機將根據以上兩個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通訊的執行過程。
首先，當主機數據傳送到USB設備，USB怎樣接收命令和數據呢?USB首先會產生一個中斷，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。在這個函數中繼續調用USB_Istr()函數，這個函數是usb通訊的關鍵。它接收到主機命令，指派調度相應函數進行處理。對于這一點，詳細過程我現在還不是很明白。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目、類型、傳輸數據大小等）。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據傳輸了。

向主機輸入數據（in）：IN傳輸過程是
1.向緩沖區填入數據；
2.設定USB數據計數器：
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。

讀從主機輸出的數據（out）：out傳輸過程是
1.定義out回調函數；
2.從緩沖區讀出數據：
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（）回調函數的申明為空執行函數。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。這篇文章是斷斷續續寫的，給大家帶來不便，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。