授人以鱼不如授人以渔之USB应用第一节：基于stm32cubemx 建...

只看该作者 · 2017-3-13 13:38

本帖最后由 z755924843 于 2017-3-13 13:37 编辑

来21ic也有几个年头，正所谓有索取必须有回报，看到大神们发的各种教学贴都是敬佩不易，由于本人最近一直在做usb相关的工作，从门外汉到现在可以说一般usb的问题都可以解决，在这之中经历了很多，看了好多本书比如《圈圈USB》《USB开发大全》《USB应用》等，也得到了论坛很多的帮助（比如小i）。但是我发现市面上关于usb的资料虽然很多但是特别的杂乱无章而且有些书籍完全落后与当前USB的发展，导致学习起来特别的费时费力，但是由于各个厂商都提供了各自的usb库，在实际应用上能够节省一些时间，usb可以说是“会了不难”，我想分享一下我的经验好让大家快速入门可以直接应用到工程中，提前声明我的经验是基于实际工程来做的，而其中关于usb的基础知识只是简单的说一下，想学的请自行百度吧，之前使用过atmel和stm32407的usb库，但是觉得stm32cubemx比较简单一些，可以自动生成usb例程，所以准备使用stm32的usb例程为大家推出一个系列教程（其实想推出一个视频教程来着，毕竟视频讲的更加详细，但是本人是一个腼腆型的理工男，所以想想还是算了。想和我交流的请加我的qq：1916365117）：

第一节：基于stm32cubemx 建立usb工程和usb的基础知识

第二节：基于stm32f407实现usb鼠标（1个endpoint）和usb的运行过程

第三节：基于stm32f407实现usb键（2个endpoint）

第四节：基于stm32f407实现usb鼠标+键盘1个Interface

第五节：基于stm32f407实现usb鼠标+键盘2个Interface

第六节：基于stm32f407实现usb鼠标+键盘+自定义设备

第七节：基于stm32f407实现usb大数据通信

第八节：基于stm32f407实现usb大数据传输（usb）+上位机libusb驱动简单操作

（备选：基于stm32f407主机读取U盘）

终极版：基于usb的stm32f407的bootloader的实现。

进入正题：

第一节：基于stm32cubemx 建立usb工程和usb的基础知识

1. 打开stm32CubeMx（下图）点击New Project 选项

2.弹出选择芯片选项，选择STM32F407ZGTx芯片，点击OK按钮

3. 配置外设功能

1）选择时钟：RCC->HighSpeed Clock中选择Crystal/Ceramic Resonator

2）选择调试接口：SYS –>Debug中Serial Wire

3）打开usb：USB_OTG_FS 中选择DeviceOnly

选择USB设备：USB_DEVICE ->Class For FS IP 中选择Human Interface Device Class(HID)

4. 配置时钟

我的板子外部时钟使用的是8M晶振，并且usb必须使用48MHz频率

5. 配置选项

1）打开配置界面

2）点击USB_DEVICE选项：

将描述符修改按照下图修改

3）点击USB_FS选项弹出以下界面，VBus Sensing 默认是Enable的，需要将它关闭disable,如果不关闭的话，就会出现其他功能正常，usb没有反应的问题，最开始调试的时候一直不知道问题所在，不停的新建工程浪费了不少时间。

4）之后就可以点击生成按钮弹出下图：

将LinkerSetting 都改成0x1000,这个设置堆栈大小，原来的大小是Heap size 是0x200,StackingSize 0x400,ST的认为已经足够了，但是对于新手来说这个空间是远远不够的。

6.点击OK生产工程

下面讲讲USB的基础知识：

USB，是英文Universal Serial Bus（通用串行总线）的缩写，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。是应用在PC领域的接口技术。USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能。USB是在1994年底由英特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的。

它的优点是即插即用并且支持的设备特别多，可以连接鼠标、键盘、打印机、扫描仪、摄像头、充电器、闪存盘、MP3机、手机、数码相机、移动硬盘、外置光驱/软驱、USB网卡、ADSL Modem、Cable Modem等，几乎所有的外部设备。而且现在基于usb3.0 的type-c更是风靡手机业。

USBOTG功能更是让USB无所不能

USB OTG是USB On-The-Go的缩写，是当前发展起来的技术，2001年12月18日由USB Implementers Forum公布，主要应用于各种不同的设备或移动设备间的联接，进行数据交换。特别是PDA、移动电话、消费类设备。改变如数码照相机、摄像机、打印机等设备间多种不同制式连接器，多达7种制式的存储卡间数据交换的不便。On-The-Go，即OTG技术就是实现在没有Host的情况下，实现从设备间的数据传送。例如数码相机直接连接到打印机上，通过OTG技术，连接两台设备间的USB口，将拍出的相片立即打印出来；也可以将数码照相机中的数据，通过OTG发送到USB接口的移动硬盘上，野外操作就没有必要携带价格昂贵的存储卡，或者背一个便携电脑。

USB拓扑：

USB是一种主从结构的系统，主机叫Host，从机叫做Device（设备）。通常主机具有1个或者多个USB主控制器（host controller）和根集线器（root hub），在windows的设备管理器中可以看到USB主控制器和USB根集线器。

USB数据交换只能发生在主机和设备之间，主机和主机，设备和设备之间不能直接互连和交换数据。

Usb的拓扑

USB硬件检测：

通用的在USB接口有四根线，分别是VBUS,D－,D＋,GND。其中VBUS线是HOST/HUB向USB设备供电的电源线。

OTG的usb多了一个地址线

USB集线器的每个下游端口的D+和D-上，分别接了一个15K的下拉电阻到地。这样，当没有设备插入时，端口被拉低。而设备端的D+或D-会接一个1.5K上拉电阻，接到3.3V电源。其中全速和高速设备，在D+上接上拉电阻；而低速设备在D-上接上拉电阻；设备接入集线器后，接了上拉电阻的一端的电压经过上下拉电阻分压，降为3V左右。对集线器的接收端来说就是一个高电平。集线器检测到这个高电平信号，就通知USB控制器。集线器还可以通过判断这个高电平信号是D+还是D-，判断设备是什么速度的设备。USB高速设备首先被识别为全速设备，然后通过集线器和设备两者的确认，再切换到高速模式下。在高速模式下，使电流传输模式，这时要将D+的上拉电阻断开。

有机会的话读者可以自行测试一下。

USB的传输机制：

这个我只简单的说一下，在新手入门的时候还是不要深入了解这些，因为如果在没有了解usb整理的运行机制的话，很容易让初学者觉得USB太难了，机制太复杂了。所以我只是一带而过，当我们对USB有了初步了之后在回来看这些，就容易多了。

USB的传输发起者都是主机，，主机负责管理总线上的传输，从机则响应来自主机的通信。每个传输开始后都是使用定义好的格式发送数据信息、地址信息、错误检验以及状态等信息。

传输要素：

端点(endpoint):是设备的缓冲区，用来存储接收到的数据和准备发送的数据，每个端点都有特定的编号、传输方向、以及一次通信中最端点可发送或者接收的最大数据量

事务（transaction）：每个usb传输由一个或者多个事务组成，这些事务都是从输入端点（IN）或者输出端点（OUT）取出

输入和输出（IN和OUT）：输入和输出都是相对主机而言的，也就是说IN表示往主机输入，数据流向是从机->主机，OUT表示主机输出，数据流向是主机->从机

IN令牌包：想端点请求数据信息包

OUT令牌包：则是主机发送数据信息的先行信息。

除了数据外每个令牌包还有错误校验位，一个带有数据顺序值的信息包ID。

传输方式：