STM32CubeMX系列教程25:USB Device

来自丢石头百科


本章不打算详细讲解USB的协议，本章只是介绍如何通过STM32CubeMX软件生成应用程序。 在看本教程之前建议先看ST官方关于USB的培训视频，示例


http://www.stmcu.com.cn/videos.html


一、USB简介      stm32F746系列芯片有USB_OTG_FS和USB_OTG_HS两种接口，FS为全速，速度12M Bit/s，HS为高速，最高速度为480M Bit/s，此时需要外接USB HS PHY，例如USB3300。HS接口也可以作为FS接口使用。由于FS和HS接口使用是相同的USB设备库，只是初始化时配置的引脚不一样，本章以FS接口为例讲解USB设备库的使用。以下为USB OTG FS的电路图：



171401zu4pad64d446f8fo.png


USB只要由USB_DM和USB_DP两根线差分传输。OTG_ID线用来判断为主设备或时从设备的，作为OTG设备的时候使用。MIC2025/75为USB电源管理芯片，当作为设备是，从外部取电源，VBUSEN（PE2）要设置为高。当作为主机时，要拉低，USB口输出电压给从设备。


二、USB CDC


        这一节介绍usb作为通讯设备类（Communication Device Class）,通过USB虚拟串口通信。程序在LCD滚动显示字符工程的基础上修改，复制工程修改文件夹名。打开STM32cubeMX的工程文件重新配置，USB_OTG_FS选择设备。



171402a8r6z0tcuus1l8ut.png


配置系统时钟为216MHz，USB的时钟频率为48MHz.



171402z3tcdw2yii66z6ux.png


开启USB中间件，选择虚拟串口。


171402t13upcg1ygmwryp1.png



USB参数配置中 VBUS  sensing 选择失能，其他为默认设置。


171402bicfkkixxmklcnci.png



中间件USB设备配置也不用修改，默认的配置。


171403vq06038q3vm0iqns.png


设备描述符设置也不需修改，为默认设置。


171403j3q3r2ic8zm2zagn.png


软件会默认开启USB中断，此处也为默认优先级，不作修改。


171403phhhyd8kmtmymfmt.png


生成报告以及初始化代码，编译程序。工程中多出如下文件，其中最后四个为USB设备的库文件。



171404xd22akf4fc4f44x2.png


usb_device.c里面仅包含一个USB设备函数初始化函数 MX_USB_DEVICE_Init(),在程序开始时调用。

usbd_cdc_if.c为USB的CDC类应用层文件，里面包含虚拟串口的接收，发送和控制等函数。 usb_desc.c包含USB的描述符，以及USB枚举处理等函数。 usb_conf.com为USB管脚配置文件，包含引USB引脚初始化以及参数设置，中断回调函数等。


打开usbd_cdc_if.c文件，找到虚拟串口接收函数。 



static int8_t CDC_Receive_FS (uint8_t* Buf, uint32_t *Len)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  USBD_CDC_SetRxBuffer(hUsbDevice_0, &Buf[0]);
  USBD_CDC_ReceivePacket(hUsbDevice_0);
  return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 6 */ 
}


修改接收处理函数，接收到的字符打印输出在LCD屏幕上。 


<syntaxhighlight lang="python">
static int8_t CDC_Receive_FS (uint8_t* Buf, uint32_t *Len)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  uint8_t result = USBD_OK;
    uint8_t msg[Len[0]+1];
    uint32_t i;
    result = USBD_CDC_ReceivePacket(&amp;hUsbDeviceFS);
    for(i=0;i<len buf="" code="" end="" msg="" pre="" printf="" result="" return="" user=""></len>

</syntaxhighlight>


如下为发送函数，程序中先设置发送字符，然后发送包。这里注意一点，Cube软件初始化的USB结构体是hUsbDeviceFS，这里操作的结构体是hUsbDevice_0。故这个函数不能直接调用，必须先CDC_Init_FS()函数初始化才能用这个函数，初始化中包含有这个语句hUsbDevice_0 = &hUsbDeviceFS。 



<syntaxhighlight lang="python">
uint8_t CDC_Transmit_FS(uint8_t* Buf, uint16_t Len)
{
  uint8_t result = USBD_OK;
  /* USER CODE BEGIN 7 */ 
  USBD_CDC_SetTxBuffer(hUsbDevice_0, Buf, Len);   
  result = USBD_CDC_TransmitPacket(hUsbDevice_0);
  /* USER CODE END 7 */ 
  return result;
}

</syntaxhighlight> 本教程不调用这个发送函数。在main函数中while循环中添加语法每秒发送一次字符串。 



  /* USER CODE BEGIN WHILE */
    while (1)
    {
  /* USER CODE END WHILE */
 
  /* USER CODE BEGIN 3 */
        USBD_CDC_SetTxBuffer(&amp;hUsbDeviceFS, (uint8_t*)&amp;UserTxBuffer, sizeof(UserTxBuffer));
        USBD_CDC_TransmitPacket(&amp;hUsbDeviceFS);
 
        HAL_Delay(1000);
    }
  /* USER CODE END 3 */


在前面声明发送字符串。 


  /* USER CODE BEGIN 1 */
  uint8_t UserTxBuffer[] = "WaveShare Open7XXI-C Board STM32 Virtual COM Port Driver \r\n";
  /* USER CODE END 1 */


在main函数中，while循环前面添加程式初始化LCD。 



  /* USER CODE BEGIN 2 */
    /* Initialize the SDRAM */
    BSP_SDRAM_Init(); 
    /* Initialize the LCD */  
    BSP_LCD_Init();
 
    BSP_LCD_SetLayerVisible(1, DISABLE);
    BSP_LCD_SelectLayer(0);
 
    /* Initialize LCD Log module */
    LCD_LOG_Init();
 
    /* Show Header and Footer texts */
    LCD_LOG_SetHeader((uint8_t *)"Waveshare Electronics");
    LCD_LOG_SetFooter((uint8_t *)"WaveShare Open7XXI-C board");
  /* USER CODE END 2 */


最后添加usbd_cdc.h头文件。 



/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "stm32746g_sdram.h"
#include "stm32746g_LCD.h"
#include "lcd_log.h"
#include "usbd_cdc.h"
/* USER CODE END Includes */

最后编译程序，并下载到开发板，电脑usb线接到Open746I-C的核心板的USB接口中。打开串口助手会接到开发板发送的字符串，串口助手发送的字符会在LCD上显示。设置的串口传输格式是无效的，程序中没有设置串口传输格式，可以修改usbd_cdc_if.c文件的CDC_Control_FS()函数设置。


注：电脑要安装ST虚拟串口驱动才能设别虚拟串口。如下为虚拟串口驱动：



<a class="attach" href="portal.php?mod=attachment&id=613" target="_blank">stsw.zip


三、USB HID     本节介绍USB作为人机接口设备（Human Interface Device），开发板模拟鼠标设备。 复制上一节的工程文件，修改文件夹名。打开STM32cubeMX的工程文件重新配置，USB_OTG_FS选择设备，USB设备选择Human Interface Device。


文件:171404rds53sv5d6wg8p8s.png


171404kcsmaasb19sbt15r.png


USB参数配置中 VBUS  sensing 选择失能，其他为默认设置。


文件:171404w2bgec13cib1h3dj.png


USB设备中间层不需要修改，为默认设置。


171405lfz52fp1kop475p4.png



171405sq5cfd5hsidc5qvz.png


生成报告以及初始化代码，编译程序。工程中多出如下文件，其中最后四个为USB设备的库文件。


171405h11ef22152leahd2.png


和前面的CDC对比一下，发现USB设备库文件中，usbd_cdc.c替换为usbd_hid.c文件。usbd_cdc_if.c为CDC应用层文件也去掉了。 删掉原来的应用程序，重新编写应用程序。在main.c文件最后面添加应用程序。程序GetPointerData()为读取五向摇杆按键状态更新坐标，CURSOR_STEP为每次移动的步长，输入参数为当前的坐标位置。 



/* USER CODE BEGIN 4 */
/**
  * @brief  Gets Pointer Data.
  * @param  pbuf: Pointer to report
  * @retval None
  */
static void GetPointerData(uint8_t *pbuf)
{
  int8_t  x = 0, y = 0 ;
   
  switch(BSP_JOY_GetState())
  {
    case JOY_LEFT:
      x -= CURSOR_STEP;
      break;
       
    case JOY_RIGHT:
      x += CURSOR_STEP;
      break;
       
    case JOY_UP:
      y -= CURSOR_STEP;
      break;
       
    case JOY_DOWN:
      y += CURSOR_STEP;
      break;
       
    default:
      break;
  }
  pbuf[0] = 0;
  pbuf[1] = x;
  pbuf[2] = y;
  pbuf[3] = 0;
}
 
/**
  * @brief  SYSTICK callback.
  * @retval None
  */
void HAL_SYSTICK_Callback(void)
{
  /* NOTE : This function Should not be modified, when the callback is needed,
            the HAL_SYSTICK_Callback could be implemented in the user file
   */
    static __IO uint32_t counter=0;
    /* check Joystick state every polling interval (10ms) */
  if (counter++ == USBD_HID_GetPollingInterval(&amp;hUsbDeviceFS))
  {
    GetPointerData(HID_Buffer);
     
    /* send data though IN endpoint*/
    if((HID_Buffer[1] != 0) || (HID_Buffer[2] != 0))
    {
      USBD_HID_SendReport(&amp;hUsbDeviceFS, HID_Buffer, 4);
    }
    counter =0;
  }
  BSP_LED_Toggle(LED1);
}
/* USER CODE END 4 */


HAL_SYSTICK_Callback()为SysTick定时器中断回调函数，时间为1ms。程序中先调用USBD_HID_GetPollingInterval函数读取HID轮询间隔。每隔10MS根据五向摇杆按键更新坐标，并通过USB发到电脑。


添加变量声明 


/* USER CODE BEGIN PV */
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
#define CURSOR_STEP     5
uint8_t HID_Buffer[4];
/* USER CODE END PV */

添加usbd_hid.h头文件 


<syntaxhighlight lang="python">
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "stm32746g_sdram.h"
#include "stm32746g_LCD.h"
#include "lcd_log.h"
#include "usbd_hid.h"
/* USER CODE END Includes */

</syntaxhighlight> 

编译程序，并下载到开发板，电脑usb线接到Open746I-C的核心板的USB接口中。按五向遥控按键电脑上的鼠标会移动。
<b style="color: rgb(0, 0, 0); font-family: 微软雅黑; font-size: medium;">三、USB MSC</b>

            本节介绍USB大容量存储设备类（Mass Storage Class），开 发板作为U盘，用SDMMC接SD卡存储数据。 复制上一节CDC的工程文件，修改文件夹名。打开STM32cubeMX的工程文件重新配置，USB_OTG_FS选择设备，USB设备选择Mass Storage Class。



171406gragc6iligcsrrr1.png


选择SDMMC接口为4线。



171406wqo3129b0df9a21b.png


配置系统时钟频率为216MHZ，USB,SDMMC频率均为48MHz。



171406fpl63gbbb00sxgmf.png


SDMMC添加收发DMA,其他为默认不作修改。

171407u131u9la45ll8h4o.png


开启SDMMC中断，注意必须开启SDMMC中断，SDMMC的DMA才能正常工作，而且SDMMC中断优先级要比DMA中断要高，且比USB中断高。



171410a0kzykilyiyjkjxt.png


增大堆栈空间的大小，否则会程序会触发硬件错误中断(HardFault)。



171411wucuw3hh0hvqr3j5.png


生成报告以及初始化代码，编译程序。工程中多出如下文件，其中最后七个为USB设备的库文件。


171411oxd4k3k04bs9130x.png


其中usbd_storage_if为应用层文件，里面为USB大容量存储设备类底层操作，包括获取存储器容量，块读写等操作。实际上usbd_storage_if里面这些操作都是空的，需要我们移植底层。由于SD的操作是由电脑同过USB镜像操作的，故开发板程序是不需要移植文件系统的，我们只需在usbd_storage_if文件中添加SD卡的底层操作既可。


打开usbd_storage_if文件，我们只需修改三个函数既可，第一个是获取存储器容量大小函数，返回块大小，已经块数目。 



/*******************************************************************************
* Function Name  : STORAGE_GetCapacity_FS
* Description    : 
* Input          : None.
* Output         : None.
* Return         : None.
*******************************************************************************/
int8_t STORAGE_GetCapacity_FS (uint8_t lun, uint32_t *block_num, uint16_t *block_size)
{
  /* USER CODE BEGIN 3 */   
    HAL_SD_CardInfoTypedef info;
    int8_t ret = USBD_FAIL;  
     
//  if(BSP_SD_IsDetected() != SD_NOT_PRESENT)
    {
         
        HAL_SD_Get_CardInfo(&amp;hsd1, &amp;info);
        *block_num = (info.CardCapacity)/STORAGE_BLK_SIZ  - 1;
        *block_size = info.CardBlockSize;
        ret = USBD_OK;
    }
  return ret;
  /* USER CODE END 3 */ 
}


第二个是块读取函数，SD卡是通过DMA传输数据。 



/*******************************************************************************
* Function Name  : STORAGE_Read_FS
* Description    : 
* Input          : None.
* Output         : None.
* Return         : None.
*******************************************************************************/
int8_t STORAGE_Read_FS (uint8_t lun, 
                        uint8_t *buf, 
                        uint32_t blk_addr,                       
                        uint16_t blk_len)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */ 
      int8_t ret = USBD_FAIL;  
   
//  if(BSP_SD_IsDetected() != SD_NOT_PRESENT)
  {  
    /* Read block(s) in DMA transfer mode */
        if(HAL_SD_ReadBlocks_DMA(&amp;hsd1,(uint32_t *)buf, blk_addr * STORAGE_BLK_SIZ, STORAGE_BLK_SIZ, blk_len) == SD_OK)
        {
            ret = USBD_OK; 
        }
 
        /* Wait until transfer is complete */
        if(ret == USBD_OK)
        {
            if(HAL_SD_CheckReadOperation(&amp;hsd1, (uint32_t)100000000) != SD_OK)
            {
                ret = USBD_FAIL; 
            }
            else
            {
                ret = USBD_OK;
            }
        }
        ret = USBD_OK;
  }
  return ret;
  /* USER CODE END 6 */ 
}

第三个是写操作函数



<syntaxhighlight lang="python">
/*******************************************************************************
* Function Name  : STORAGE_Write_FS
* Description    :
* Input          : None.
* Output         : None.
* Return         : None.
*******************************************************************************/
int8_t STORAGE_Write_FS (uint8_t lun, 
                         uint8_t *buf, 
                         uint32_t blk_addr,
                         uint16_t blk_len)
{
  /* USER CODE BEGIN 7 */ 
    int8_t ret = USBD_FAIL;   
   
//  if(BSP_SD_IsDetected() != SD_NOT_PRESENT)
  { 
    /* Write block(s) in DMA transfer mode */
        if(HAL_SD_WriteBlocks_DMA(&amp;hsd1, (uint32_t *)buf, blk_addr * STORAGE_BLK_SIZ, STORAGE_BLK_SIZ, blk_len) == SD_OK)
        {
            ret = USBD_OK;
        }
 
        /* Wait until transfer is complete */
        if(ret == USBD_OK)
        {
            if(HAL_SD_CheckWriteOperation(&amp;hsd1, (uint32_t)100000000) != SD_OK)
            {
                ret = USBD_FAIL;
            }
            else
            {
                ret = USBD_OK;
            }
        }
  }
  return ret;
  /* USER CODE END 7 */ 
}

</syntaxhighlight>

注意：Open746I-C中可以通过PC13管脚判断SD卡是否插入到卡槽中，这里为了方便没有用到这个功能。所以上面程序中注释掉了检测SD卡是否准备好这一步。


171411yjwcq6dww6jwl7pw.png



编译程序，并下载到开发板，电脑usb线接到Open746I-C的核心板的USB接口中。电脑会提示有U盘插入。

取自“https://wiki.diustou.com/cn/index.php?title=STM32CubeMX系列教程25:USB_Device&oldid=7176”