Kinetis USB模块开发

只看该作者 · 2015-3-23 23:37

由于前段时间花了大致一个周的时间搞了搞USB设备的驱动（USB主机我还没用起来，因为主机的话涉及到2.0的协议了，短时间弄不好，索性先搞搞USB设备还好），积累了一些开发经验和资料，这里趁着这个六月底开个头，先开篇说说关于Kinetis开发前的需要做哪些准备，嘿嘿...（此分章主要针对初入门的，高手的话直接略过吧，毕竟自己是第一次开发USB，水平和经验有限，怕献丑了，呵呵）

本系列开发仍以Kinetis K60为例介绍（Kinetis K系列家族目前K40，K60和K70自带USB-OTG模块），此分章一主要先说说从零入手的话需要先做好哪些准备，如果有网友对此感兴趣的话可以跟着来，有好的资料也欢迎下面留言分享，呵呵...下面就不罗嗦了进入正题了：

首先说说硬件上的准备，即准备好K60系列的开发板或者核心板（把USB接口引出来），对K60这类自带USB硬件模块的片子，构造USB开发系统很简单，只需把USB_DM和USB_DP引出，接到USB接口（或者miniUSB接口）即可，但一般情况下最好这两根线都串接33欧姆的电阻做阻抗匹配防止振荡，而且两个电阻尽量靠近芯片端USB_DM和USB_DP引脚。

其次就要准备下此次开发所需要的USB相关的技术性资料，下面列举了一些我推荐的书籍和pdf电子版的资料：

只看该作者 · 2015-3-23 23:38

（1）Kinetis官方datasheet是必需的了，refer to USB寄存器部分；

（2）Kinetis官方外设模块开速入手手册Kinetis Peripheral Module Quick Reference.pdf，里面有一部分对USB模块做了讲解，值得一看；

（3）Kinetis官方的universal serial bus介绍，即单独的Kinetis USB模块介绍，这个比较难找，我传到附件里了，可以下载下来一看；

（4）USB 2.0协议，找个中文版的瞅瞅，如果开发USB主机的话需要仔细看看，开发设备的话简单瞅瞅；

（5）王宜怀老师的《嵌入式系统原理与实践——ARM Cortex-M4 Kinetis微控制器》，这本书里面对USB介绍的还是很不错的，我从里面还是受益匪浅的；

（6）《圈圈教你玩USB》，这本书也是我极力推荐的，里面对USB开发讲的很细致，只是可惜圈圈用的是D12的芯片，而我们用的片内USB，不过很多东西是相通的，而且最主要的是书的最后讲的USB PC端驱动程序开发很有用，这个是必须要看看的，极力推荐之；

（7）准备好飞思卡尔的官方例程包，里面有USB DCD和USB Device的例程，我们需要在此基础上改进，完成自己的代码的编写。

只看该作者 · 2015-3-23 23:45

本USB开发系列既然以开发为主，所以就不罗嗦太多一些最基本的概念了（当然有些概念还是需要提一下的，基础薄弱的博友可以找找相关资料恶补一下），主要内容都以最终的开发为目的，咳咳，觉着还是这样直接了当的好，写起来也过瘾大家看起来也过瘾，嘿嘿，如果中间有疑惑的可以博客里留言，下面就进入主题说说USB开发所需要了解的几个重要的知识点：

首先浓缩一下USB开发所需要了解的相关概念，USB（即Universal Serial Bus，通用串行总线），是一种外部总线标准，用于规范计算机与外部设备之间的连接和通信，最开始由几个大牛公司（包括英特尔、康柏、IBM和Microsoft等）一块提出来（这里来一个小插曲，当年第一款带USB接口的设备就是苹果公司的iMac电脑，我一直觉着苹果公司貌似就是为超前和创新而生的企业，曾经九一年就曾用第一款商用的ARM芯片生产出了当时业界第一款掌上移动电脑Newton，结果因为太超前而没有市场，现在又以IPhone、IPad和IPod引领者手机、平板和音乐电子领域，不得不佩服一下，而且前几天看了条新闻，从苹果公司走出的员工产出了各种创新型企业反过来跟苹果竞争，怎一个NB了得）。咳咳，说多了，下面继续——USB发展至今已经经历多次版本升级，从USB1.0到USB1.1，再到USB2.0（后来又补充了USB-OTG），到最新的USB3.0，其中USB1.1支持低速（1.5Mbps）和全速（12Mbps）最大输出电流250mA，USB2.0增加了高速（480Mbps）最大输出电流500mA，而USB3.0则达到了5Gbps输出电流900mA（考虑到以后的USB设备供电问题），不过USB通信距离较短，但是不影响它在当今各种电子设备上的如此盛行的应用。

只看该作者 · 2015-3-23 23:47

1.上面说了下USB常识性概念，下面就谈谈重点内容，现在还是广义上的说USB，下一篇会着重实际说说Kinetis 的USB模块。USB拓扑结构如下图所示，塔顶为USB主控制器和根集线器，下面接USB集线器，USB集线器将一个USB口扩展为多个USB口，多个USB口又可以通过集线器扩展出更多的接口，不过USB协议中对集线器的层数有限制，USB1.1规定最多为4层，USB2.0最多为6层，理论上一个USB主控制器最多可接127个设备，下面另一个图为我自己电脑上的8个USB主控制器和8个根集线器：

只看该作者 · 2015-3-23 23:47

2.完整的USB数据传输过程为：首先由USB主控制器发出命令和数据，通过根集线器，如果有分支集线器的话则再通过它逐层发给USB目标设备，目标设备对接收到的数据进行处理解析之后，返回一些信息或者数据，然后它再逐层通过集线器上传到USB主控制器，最终USB主控制器将数据交给微处理器处理，至于USB主控制器何时启动一个完整的流程则可以根据需要软件控制，另外需要注意的是所有ＵＳＢ的数据传输都是由主机发起的，从设备负责应答（所以开发USB设备的话稍简单些，开发主机就麻烦了）；

3.USB协议中，给USB总线定义了4种状态：SE0、SE1、J、K状态。两根线都被拉低（15k欧姆下拉电阻）时的状态定义为SE0状态；两根数据线都被拉高时定义为SE1状态（该状态是非法状态）。当有设备连接到主机，使D+或者D-被上拉（1.5k欧姆上拉电阻），被上拉的线为高电平而另一根数据线为低电平时，这种状态称为J状态（该状态为空闲状态），包被传送之前和之后，数据线上就是该状态。而K状态是两根数据线上的极性都与J状态相反的状态，主机通过K和J状态测试设备是否支持高速通信；

4.在USB传输中，制定了4种传输类型：批量传输、中断传输、实时传输以及控制传输。批量传输用于传输大量数据，要求传输不能出错，但对时间没有要求，适用于打印机、存储设备等；中断传输总是用于对设备的查询，以确定是否有数据需要传输，因此中断传输的方向总是从USB设备到主机，适用于USB鼠标、键盘等设备；实时传输要求数据以固定速率抵达或在指定时刻抵达，可以容忍偶尔的错误的数据，一般用于麦克风、喇叭等设备；控制传输主要用于传输少量的数据，对传输时间和传输速率没有要求，它是USB传输中最重要的传输，只有正确的执行完控制传输，才能进一步正确的执行其他传输模式。