STM32Cube的USB_device软件库说明

只看该作者 · 2024-3-30 23:08

音频内核文件 usbd_audio (.c, .h)
usbd_audio (.c, .h)此驱动为音频内核。它管理音频数据传输并控制请求。它不直接处理音频硬件（由底层驱动管理）。

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底层硬件接口通过它们相应的驱动结构体管理：

typedef struct
{
  int8_t (*Init)(uint32_t  AudioFreq, uint32_t Volume, uint32_t options);
  int8_t (*DeInit)(uint32_t options);
  int8_t (*AudioCmd)(uint8_t *pbuf, uint32_t size, uint8_t cmd);
  int8_t (*VolumeCtl)(uint8_t vol);
  int8_t (*MuteCtl)(uint8_t cmd);
  int8_t (*PeriodicTC)(uint8_t cmd);
  int8_t (*GetState)(void);
} USBD_AUDIO_ItfTypeDef;

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每个音频硬件接口驱动都应该提供一个类型为USBD_AUDIO_ItfTypeDef的结构体指针。（下边的章节会写该结构体所指向的函数和变量）。如果给定的存储器接口不支持某功能，则相应的字段置为 NULL 值。

usbd_audio_if (.c, .h)
usbd_audio_if (.c, .h)此驱动管理底层音频硬件。 usbd_audio_if.c/.h 驱动管理音频输出接口（从 USB 到音频扬声器 / 耳机）。用户可调用底层编解码器驱动（即 stm324xg_eval_audio.c/.h）以进行基本的音频操作（播放 / 暂停 / 音量控制…）。
此驱动提供了结构体指针：

/** AUDIO_IF Interface callback. */
extern USBD_AUDIO_ItfTypeDef USBD_AUDIO_fops_FS;

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usbd_audio_if （.c,.h）文件中函数说明。

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通过下列状态列表来获得当前音频播放器的状态：

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怎样使用此驱动：
此驱动使用了硬件驱动的抽象层（即 HW 编解码器、I2S 接口、I2C 控制接口 …）。此抽象通过底层（即 usbd_audio_if.c）执行，您可根据您的应用以及相应的硬件对其修改。
若要使用此驱动：
通过文件 usbd_conf.h，您可配置：

音频采样率（定义 USBD_AUDIO_FREQ）
在启动时调用函数 USBD_AUDIO_Init()，配置所有必要的固件和硬件部件（特定应用的硬件配置函数也由此函数调用）硬件部件由底层接口（即usbd_audio_if.c）管理，可由用户根据应用需要修改。
整个传输由下述函数管理（用户不需为输出传输调用任何函数）：

usbd_audio_DataIn()和usbd_audio_DataOut()使用收到的或发送的数据更新音频缓冲。对于输出传输，当收到数据时，它们会被直接复制到音频缓冲中，写缓冲（wr_ptr）增加。
音频控制请求由函数 USBD_AUDIO_Setup() 和USBD_AUDIO_EP0_RxReady() 管理。这些函数会将音频控制请求路由至底层（即 usbd_audio_if.c）。在当前版本中，仅管理了SET_CUR 和 GET_CUR 请求，仅用于静音控制。

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音频的已知限制
如果配置了低音频采样率（将USBD_AUDIO_FREQ定义为24 kHz以下），则在暂停/重新开始 / 停止操作时可能导致噪声问题。这是由于在停止 I2S 时钟和发送静音指令到外部编解码器之间的软件时序调节。
支持的音频采样率为：96 kHz到24 kHz（此驱动不支持非整数kHz值，例如11.025 kHz、22.05 kHz 或 44.1 kHz）。对于 1000 Hz 的整数倍数频率，主机会在每帧（1 ms）发送整数个字节。当频率不是 1000Hz 的整数倍时，主机会在每帧发送非整数个字节。实际上，这是通过发送不同大小的帧来管理的（即对于 22.05 kHz，主机将发送 19 帧的 22 字节和一帧的 23 字节）。音频内核不会管理此大小差别，多余的字节会一直被忽略。建议设置高采样率和标准采样率，以得到最好的音频质量（即 96 kHz 或 48 kHz）。请注意，最大允许的音频频率为 96 kHz（此限制的原因是评估板上使用的编解码器。STM32 I2S 单元可达到 192 kHz）。

只看该作者 · 2024-3-30 23:10

通信设备类（CDC）
添加自定义类
库大小优化
在本节中，我们回顾一些基本技巧，涉及怎样优化 USB 设备库之上开发的应用大小。
缩小 USB 样例是一个重要的目标，尤其对于具有较少 Flash/RAM 内存的 STM32 产品（如STM32 L0 和 F0）来说尤其重要。

降低堆和栈大小设置（在连接（linker）文件中）
栈为程序存储的内存区，例如：

本地变量
返回地址
函数参数
编译器临时量
中断上下文
如果您的连接器配置保留了大量的堆和栈，而您的应用并不需要，您可以决定其合适的大小。

尽可能使用局部变量，而不用全局变量
如果一个变量仅在一个函数中使用，那么应在函数内将其声明为局部变量。

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常量应在闪存中分配
建议将永不变化的所有常量全局变量分配至只读区。例如，使用 C 关键字 “const” 将 USB 描述符声明为常量。
例如：

只看该作者 · 2024-3-30 23:11

使用静态内存分配，而不是 malloc
USB 设备库为类处理结构体使用动态内存分配以支持多实例（在双核工作情况下），这意味着我们可以将同一 USB 类用于 USB 的两个实例（HS 和FS）。
使用动态分配的第二个原因是当 USB 不再使用时，可释放内存。然而，动态内存分配会增加一些空间上的开销，主要是 ROM 内存。因此，对于低内存 STM32设备，当不需要多实例支持时，建议使用静态分配。在这种情况下，需要声明静态缓冲，大小为类处理结构体的大小。

下面是一个实现样例：

在 usbd_conf.h 文件中，定义内存静态分配和程序；
USBD_static_malloc() 和 USBD_static_free()
#define MAX_STATIC_ALLOC_SIZE 4 /* HID */ 类类类类类类
#define USBD_malloc (uint32_t *)USBD_static_malloc
#define USBD_free USBD_static_free

在 usbd_conf.c 文件中如下实现：
/**
  * @brief  Static single allocation.
  * @param  size: Size of allocated memory
  * @retval None
  */
void *USBD_static_malloc(uint32_t size)
{
  /* static uint8_t mem[sizeof(USBD_AUDIO_HandleTypeDef)]; */
  /* USER CODE BEGIN 4 */
  /**
  * To compute the request size you must use the formula:
AUDIO_OUT_PACKET = (USBD_AUDIO_FREQ * 2 * 2) /1000)
AUDIO_TOTAL_BUF_SIZE = AUDIO_OUT_PACKET * AUDIO_OUT_PACKET_NUM with
Number of sub-packets in the audio transfer buffer. You can modify this value but always make sure
that it is an even number and higher than 3
AUDIO_OUT_PACKET_NUM = 80
  */
  static uint8_t mem[512];
  /* USER CODE END 4 */
  return mem;
}

/**
  * @brief  Dummy memory free
  * @param  p: Pointer to allocated  memory address
  * @retval None
  */
void USBD_static_free(void *p)
{

}

只看该作者 · 2024-3-30 23:11

常见问题
1. 怎样在运行时修改设备和字符串描述符 ?
在 usbd_desc.c 文件中，可使用 Get Descriptor 回调修改设备和字符串相关的描述符。应用可使用 switch case 语句，返回应用索引相关的正确描述符缓冲。

2. 大容量存储类怎样支持超过一个逻辑单元（LUN） ? （略）
3. 端点地址在哪里定义 ?
端点地址在类驱动的头文件中定义。例如，对于 MSC 演示，IN/OUT 端点地址如下定义在 usbd_msc.h 文件中：

#define MSC_EPIN_ADDR 0x81 For Endpoint 1 IN
#define MSC_EPOUT_ADDR 0x01 For Endpoint 1 OUT

只看该作者 · 2024-3-30 23:11

USB 设备库可配置为在高速或全速模式运行吗？
是的，库可处理 USB OTG HS 和 USB OTG FS 内核，如果 USB OTG FS 内核仅能工作于全速模式， USB OTG HS 可工作于高速或全速模式。若要选择合适的 USB 内核，用户必须在编译预处理器内增加下列宏定义（在样例提供的预配置项目中已经完成）：

- "USE_USB_HS" 当使用 USB 高速（HS）内核时
- "USE_USB_FS" 当使用 USB 全速（FS）内核时
- "USE_USB_HS" 和 "USE_USB_HS_IN_FS" 当在 FS 模式使用 USB 高速（HS）内核时

只看该作者 · 2024-3-30 23:12

怎样在 USB 设备类驱动中更改所用的端点？
若要更改端点或增加一个新端点，请：
a) 使用 USBD_LL_OpenEP() 执行端点初始化。
b) 对于在 USBD_LL_Init() 函数中使用这些 API 的 usb_conf.c 文件，配置新定义端点的 TX 或 Rx FIFO 大小。

对于 STM32F2 和 STM32F4 系列（FS 和 HS 内核）：
HAL_PCD_SetRxFiFo();
HAL_PCD_SetTxFiFo();

Rx 和 Tx FIFO 的总大小应该小于所用内核的总 FIFO 大小（对于 USB OTG FS 内核，为 320 x 32 比特；对于 USB OTG HS 内核，为 1024 x 32 比特）。

对于 STM32F0、 STM32L0、 STM32F1 和 STM32F3 系列（仅 FS 内核）：
HAL_PCD_PMA_Config();

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USB 设备库与实时操作系统（RTOS）兼容吗 ?
是的，USB 设备库可与 RTOS 共用使用，CMSIS RTOS 封装的作用是对 OS 内核抽象。