STM32-USB讲解

一、USB的“JoyStickMouse”例程结构分析1、例程的结构（1）底层结构包括5个文件：usb_core.c（USB总线数据处理的核心文件），usb_init.c，usb_int.c（用于端点数据输入输入中断处理），usb_mem.c（用于缓冲区操作），usb_regs.c（用于寄存器操作）。它们都包含了头文件“usb_lib.h”。在这个头文件中，又有以下定义：#includeusb_type.h#includeusb_regs.h#includeusb_def.h#includeusb_core.h#includeusb_init.h#includeusb_mem.h#includeusb_int.husb_lib.h中又包含了七个头文件，其中usb_type.h中主要是用typedef为stm32支持的数据类型取一些新的名称。usb_def.h中主要是定义一些相关的数据类型。还有一个未包含在usb_lib.h中的头文件，usb_conf.h用于USB设备的配置。（2）上层结构上层结构总共5个文件：hw_config.c（用于USB硬件配置）、usb_pwr.c（用于USB连接、断开操作）、usb_istr.c（直接处理USB中断）、usb_prop.c（用于上层协议处理，比如HID协议，大容量存储设备协议）、usb_desc.c（具体设备的相关描述符定义和处理）。可见，ST的USB操作库结构十分清晰明了，我先不准备直接阅读源代码。而是先利用MDK的软件模拟器仿真执行，先了解一下设备初始化的流程。2、设备初始化所做的工作（1）Set_System(void)这个是main函数中首先调用的函数，它位于hw_config.c文件中。它的主要功能是初始化时钟系统、使能相关的外围设备电源。配置了JoyStickMouse所用到的5个按键，并且配置了两个EXTI中断，一个是用于把USB从挂起模式唤醒，还有一个用途未知。（2）USB_Interrupts_Config();这个是main函数中调用的第二个函数，它也位于hw_config.c文件中。主要功能是配置USB所用到的中断。跟踪到代码中，主要设配置了USB低优先级中断和唤醒中断，又有一个EXTI中断功能未知。（3）Set_USBClock()这个是main函数中调用的第三个函数，它也位于hw_config.c文件中。它的功能是配置和使能USB时钟。（4）USB_Init(void)这个是main函数中调用的第四个函数，它也位于usb_init.c文件中。它初始化了三个全局指针，指向DEVICE_INFO、USER_STANDARD_REQUESTS和DEVICE_PROP结构体。后面两个是函数指针结构体，里面都是USB请求实现、功能实现的函数指针。voidUSB_Init(void){pInformation=&Device_Info;pInformation-ControlState=2;pProperty=&Device_Property;pUser_Standard_Requests=&User_Standard_Requests;/*Initializedevicesonebyone*/pProperty-Init();}这三个结构体都是与具体设备枚举和功能实现相关的，定义在usb_prop.c和usb_desc.c文件中。DEVICE_PROPDevice_Property={Joystick_init,Joystick_Reset,Joystick_Status_In,Joystick_Status_Out,Joystick_Data_Setup,Joystick_NoData_Setup,Joystick_Get_Interface_Setting,Joystick_GetDeviceDescriptor,Joystick_GetConfigDescriptor,Joystick_GetStringDescriptor,0,0x40/*MAXPACKETSIZE*/};USER_STANDARD_REQUESTSUser_Standard_Requests={Joystick_GetConfiguration,Joystick_SetConfiguration,Joystick_GetInterface,Joystick_SetInterface,Joystick_GetStatus,Joystick_ClearFeature,Joystick_SetEndPointFeature,Joystick_SetDeviceFeature,Joystick_SetDeviceAddress};Usb_init()函数调用pProperty-Init()（实质上就是Joystick_init）完成设备的初始化。上层程序调用下次函数是常规性的操作。而下层函数（usb_init相对于usb_prop是输入底层操作文件）调用上层文件函数我们称之为回调。回调函数的意义在于同一种操作模式、提供不同的回调函数则可以实现不同的功能。Windows中处理消息，好像也用到了这种模式。回调函数的实现方法是函数指针数组。这是指针的高级应用。这是函数的代码：voidJoystick_init(void){/*UpdatetheserialnumberstringdescriptorwiththedatafromtheuniqueID*/Get_SerialNum();//获取设备序列号，转变为unicode字符串pInformation-Current_Configuration=0;/*Connectthedevice*/PowerOn();//连接USB设备，实质是能让主机检测到了。/*USBinterruptsinitialization*/_SetISTR(0);/*clearpendinginterrupts*/wInterrupt_Mask=IMR_MSK;_SetCNTR(wInterrupt_Mask);/*setinterruptsmask*/bDeviceState=UNCONNECTED;}实质上，代码执行到这里，开发板已经可以响应主机发来的数据了。但我还是先把main（）函数的代码看完吧。（5）SysTick_Config();这个函数调用主要是为程序中用到的精确延时作配置。3、进入主循环进入主循环的工作就两个：Joystick_Send(JoyState())。JoyState()用来获取按键的状态。Joystick_Send(JoyState())用来把按键状态发到主机。当然这里真正的发送工作并不是由该代码完成的。它的工作只是将数据写入IN端点缓冲区，主机的IN令牌包来的时候，SIE负责把它返回给主机。主要代码如下：UserToPMABufferCopy(Mouse_Buffer,GetEPTxAddr(ENDP1),4);//从用户复制四个字节到端点1缓冲区，控制端点的输入缓冲区。SetEPTxValid(ENDP1);/*enableendpointfortransmission*/4、中断处理过程大致理解（1）usb_istr()函数中的中断处理简单分析有用的代码大概以下几段，首先是处理复位的代码，调用设备结构中的复位处理函数。wIstr=_GetISTR();if(wIstr&ISTR_RESET&wInterrupt_Mask){_SetISTR((u16)CLR_RESET);//清复位中断Device_Property.Reset();}处理唤醒的代码：if(wIstr&ISTR_WKUP&wInterrupt_Mask){_SetISTR((u16)CLR_WKUP);Resume(RESUME_EXTERNAL);}处理总线挂起的代码：if(wIstr&ISTR_SUSP&wInterrupt_Mask){if(fSuspendEnabled)/*checkifSUSPENDispossible*/{Suspend();}else{/*ifnotpossiblethenresumeafterxxms*/Resume(RESUME_LATER);}/*clearoftheISTRbitmustbedoneaftersettingofCNTR_FSUSP*/_SetISTR((u16)CLR_SUSP);}处理端点传输完成的代码，这段是最重要的，它调用底层usb_int.c（）文件中的CTR_LP（）函数来处理端点数据传输完成中断。if(wIstr&ISTR_CTR&wInterrupt_Mask){CTR_LP();/*servicingoftheendpointcorrecttransferinterrupt*/}二、STM32处理器的USB接口1、接口模块的内部结构在书上有一个很好的USB内部接口模块内部结构图，比较好的解释了各个模块之间的关系，我这里试着用我自己的理解阐述一下吧。首先在总线端（与D+、D-相连的那一端），通过模拟收发器与SIE连接。SIE使用48MHz的专用时钟。与SIE相关的的有三大块：CPU内部控制、中断和端点控制寄存器，挂起定时器（这个好像是USB协议的要求，总线在一定时间内没有活动，SIE模块能够进入SUSPEND状态以节约电能），还有包缓冲区接口模块。说到包缓冲区接口模块，这个对应的含义是，USB设备应该提供USB包缓冲区。这块缓冲区同时受到SIE和CPU核心的控制，用于CPU与SIE共享达到数据传输的目的。所以CPU通过APB1总线接口访问，SIE通过包缓冲区接口模块访问，中间通过Arbiter来协调访问。当然我们关注的中心点是控制、中断和端点控制寄存器。我们通过这些寄存器来获取总线传输的状态，控制各个端点的状态，并可以产生中断来让CPU处理当前的USB事件。CPU可以通过APB1总线接口来访问这些寄存器。它们使用的都是PCLK1时钟。2、USB模块的寄存器认识（1）控制寄存器CNTR传输完成中断允许位。CTRM，1有效，如果SIE置位传输完成标志，则相应的数据传输完成中断发生。第15位包缓冲区溢出中断允许位错误中断允许位唤醒中断允许位。WKUPM。1有效，如果唤醒请求标志位置位，则产生唤醒中断。挂起中断允许位。SUSPM，1有效，当总线挂起标志置位时，发生挂起中断。复位中断允许位。RESETM。1有效，软件强制复位和总线复位信号，都能触发复位中断。帧首中断允许位期望帧首中断允许位。ESOFM。它的含义是没有收到帧首信号，允许发生中断。第8位向主机发送的唤醒请求，RESUME。1有效，主机强制挂起控制，FSUSP。1有效。与由于总线无活动引低功耗模式。前提是先进入挂起状态。由软件设置，一断电模式控制位。PDWN。此位为1时，USB模块关强制复位控制。FRES。与总线上的复位信号产生相收到该信号，将唤醒设备。这个由软件置位。第4位起挂起的效果相同。般又硬件复位（被唤醒后自动清零）。闭。同的效果。也能产生复位中断.第0位。（2）中断状态寄存器ISTR这个寄存器主要是反映USB模块当前的状态的。第15-8为与控制寄存器的中断允许是意义对应的。相应的标志位置位，且中断未屏蔽，则向CPU发出对应的中断。CTR标志，数据传输完成后硬件置1.PMAOVR标志ERR标志WKUP请求，总线检测到主机唤醒请求时由硬件置位。SUSP请求标志位。RESET请求标志位。SOF帧首标志ESOF，期待帧首标志。DIR传输方向，此位由硬件控制。IN时为0，OUT为1.第4位。发生数据传输的端点的地址。（3）USB设备地址寄存器第7位，EF，USB模块允许位。如果EF=0，则USB模块将停止工作。第6-0位。USB当前使用的地址。复位时为0.（4）端点状态和配置寄存器，8个寄存器，支持8个双向端点和16个单向端点。CTR_RX,正确接收标志位。第15位。DTOG_RX，用于检测的数据翻转位。一般由硬件自动设置，软件写1