单片机外围模块漫谈之五，USB开发，别犯这个错误

概述

我们已经对USB硬件和数据的四种传输类型有了一个基本的了解。

控制传输(Control Transfers)

批量传输(Bulk Data Transfers)

中断传输(Interrupt Data Transfers)

同步传输(Isochronous Data Transfers):

下面我们通过一个例子看一下USB的具体工作过程。在此我们用一个比较实用的例子，就是把我们的板子用USB连接至PC，然后在PC端出现一个模拟串口，通过串口助手打开这个串口，然后实现数据的双向传输。最后我们聊一下很多工程师都会忽视的USB认证问题。

例程

我们打开ST的Cube库中的CDC例程：

STM32Cube_FW_F1_V1.8.0\Projects\STM3210C_EVAL\Applications\USB_Device\CDC_Standalone\MDK-ARM\Project.uvprojx

这个例程用到USB的同时还会用到USART，USB从PC端收到数据后会转发到USART，从USART接收到消息会上传至PC。我们可以把USART的TX和RX短接，这样从PC端下发的数据会原样回传给PC端。

这个例程使用的硬件是STM3210C-EVAL，原理图可以在stmcu.org.cn找到。如果我们使用的是其它板子，就需要在这个工程基础上做一些改动。比如现在我们使用STM32F105RBT6,8M晶振，串口用PTA2，PTA3，那么我们的要做如下修改：

首先，修改使用的MCU：

然后修改时钟初始化部分。下图为STM32F105时钟模块示意图。USB工作需要48MHz的时钟。

(STM32F105xx Datasheet)

如果板子的晶振是8M，那么参数需要做如下配置：

(OSC IN = 8M)

PREDIV1SRC = 0b0, HSE oscillator clock selected as PREDIV1 clock entry

PREDIV1 = 0b0, PREDIV1 input clock not divided

PLLSRC = 0b1, Clock from PREDIV1 selected as PLL input clock

PLLMUL = 0b0111, PLL input clock x 9

(PLLCLK = 72M)

SW = 0b10, PLL selected as system clock

PLLVCO = 2*PLLCLK = 144M

USBPRE = 0, PLL clock is divided by 1.5 (or PLLVCO/3)

USB Clock = = PLLCLK/1.5 = 72M/1.5 = 48M

例程中的对应代码修改：

最后修改使用的串口引脚：

stm32f1xx_hal_msp.c

//AFIOCOMx_REMAP(0); // Remap USART2 to PTD5/6

usbd_cdc_interface.h

/* Definition for USARTx Pins */

//#define USARTx_TX_PIN GPIO_PIN_5

//#define USARTx_TX_GPIO_PORT GPIOD

//#define USARTx_RX_PIN GPIO_PIN_6

//#define USARTx_RX_GPIO_PORT GPIOD

#define USARTx_TX_PIN GPIO_PIN_2

#define USARTx_TX_GPIO_PORT GPIOA

#define USARTx_RX_PIN GPIO_PIN_3

#define USARTx_RX_GPIO_PORT GPIOA

终于可以编译运行了，用USB线把板子连到PC的USB口，记得把板子的PTA２和PTA３引脚短接起来。在设备管理器我们看到多出来一个串口，看它的属性会看到它的VID，PID跟我们程序中设置的一致。

用串口助手打开此串口，发送字符串，会看到返回同样的字符串。

下面我们来看一下具体的工作过程。

3. USB枚举(Enumeration)

当我们给设备上电，程序控制芯片内集成的上拉电阻连接至USBDP时，USB主机(PC端)会检测到这一变化并向设备供电。此时设备处于Powered状态。

主机等待100ms设备稳定后复位并使能此端口，此时设备可以从Vbus获取不超过 100mA 的电流，其默认地址是0，处于Default状态。

主机通过0地址向该设备发送Get_Descriptor标准请求，获取设备的描述符。主机再次复位该PORT，并发送标准请求Set_Address给设备分配一个地址，之后的通信都是用此地址，设备进入Address状态。

主机通过新地址向设备再次发送Get_Descriptor标准请求，获取设备描述符。发送Get_Configuration请求，获取配置描述符。一个设备可以有多个配置，主机选择合适配置，通过 Set_Configuration请求对设备而进行配置，设备进入Configured状态。

USB的枚举过程是标准的，所以库里也有对应的标准处理代码。我们可以不用关心。好了，现在可以开始数据的双向传输了。

4. 数据传输

我们已经了解所有USB传输都是由USB主机（Host）发起的，作为USB设备只能是被动的等待。当Host下发请求时会在设备中产生各种中断，设备完成各种中断的处理就行了。其中需要特别关注的有两个:

OEPINT(Output Endpoint Int),表明主机下发了数据。

IEPINT(Output Endpoint Int)。表明主机请求设备上传数据。

那么用户在代码里如何收发USB数据的呢？

我们在usbd_cdc_interface.c里关注下面这些就够了：

uint8_t UserRxBuffer[APP_RX_DATA_SIZE]; //USB下发数据缓冲区

uint8_t UserTxBuffer[APP_TX_DATA_SIZE]; //需要发给USB上位机的数据缓冲区

下面这个函数是用户用来处理接收缓冲区数据的，在初始化时需要传递给USB驱动，然后驱动收到USB下发的数据后会回调此函数。在例程中此函数把接收数据转发给了USART2。当然你也可以什么都不做。

static int8_t CDC_Itf_Receive(uint8_t * Buf, uint32_t * Len);

那么如果有数据需要发给上位机呢？我们可以用下面这个函数：

USBD_CDC_TransmitPacket(&USBD_Device)；

注意此数据是先放入IN端点，然后等待IEPINT中断发生时才被取走发送。

5. 一个重要又容易被忽视的问题

至此好像万事大吉了。

等等，如果产品这样发出去，你可能给公司惹麻烦了！

还有一个很重要的问题我们千万不要忽视，就是VID和PID，即厂商识别符(Vendor ID)和产品识别符(Product ID)。我们例程中使用的是VID 0x0483, PID 0x5740。这个VID是专门分配给ST的，虽然我们用这个号程序也能运行，但是不符合规范的。我们的可以在 usb.org/developers 网站查到当前为所有USB厂商分配的VID。如果我们要开发USB设备，还要向USB组织申请自己的VID，之后还要做微软徽标认证，就可以畅行无阻了。

参考资料：

UM1734 STM32Cube USB device library

USB Specification 2.0

Universal Serial Bus Class Definitions for Communications Devices 1.2

STM32F105xx Datasheet

STM32F105xx RM