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[嵌入式]stm32 USB 枚举过程

从硬件到软件,从电气特性到传输事务的建立,下面的思维导图是实例通过数据分析仪得到的流程。对调试USB底层驱动有很好的指导作用。

先看USB设备状态,对于全速设备,电气上,主机监测到D+ 上拉,则认为已连接,开始加电,第三步后开始软件方面的枚举过程。

连 接

加 电

缺 省

编 址

配 置

挂 起

说 明

__ __

__ __

__ __

__ __

__ __

设备尚未连接至接口.其他特性无关

__ __

__ __

__ __

__ __

设备已连接至接口,但未加电. 其他特性

无关.

__ __

__ __

__ __

设备已连接至接口,并且已加电.但尚未被

复位.

__ __

__ __

设备已连接至接口,已加电. 并被复位.

但尚未分配地址.设备在缺省地址处可寻

址.

__ __

设备已连接至接口,已加电. 并被复位.且

分配了唯一地址.

尚未被配置.

设备已连接至接口,已加电. 并被复位.且

分配了唯一地址,并被配置.

设备功能可被使用.

__ __

__ __

__ __

设备在至少 3 毫秒以内探测不到总线活

动,自动进如挂起.

设备功能不可用.

1. USB设备状态

思维导图如下所示。

1 USB 的插入检测

?? 当12脚短接,Q1截止,Q2导通,D+上拉,windows 就会认为 USB 接口有一个全速设备,马上复位总线,并开始枚举设备。

? 如果23脚短接,则 Q1状态取决于 USB-DISCONNECT(PD2)脚的状态。CPU 复位后,GPIO 引脚处于浮空输入状态。所以此时,Q1导通,Q2截止,主机检测不到设备。

? 在程序初始化了 USB 相关部分后,可以通过设置 PD2=0 低电平使 Q1截止, Q2导通。则 USB 检测到设备,开始枚举过程。

? 所以要控制开发板作为 USB 设备工作,必须23短接。

? 当12脚短接,Q1截止,Q2导通,D+上拉,windows 就会认为 USB 接口有一个全速设备,马上复位总线,并开始枚举设备。

? 如果23脚短接,则 Q1状态取决于 USB-DISCONNECT(PD2)脚的状态。CPU 复位后,GPIO 引脚处于浮空输入状态。所以此时,Q1导通,Q2截止,主机检测不到设备。

? 在程序初始化了 USB 相关部分后,可以通过设置 PD2=0 低电平使 Q1截止, Q2导通。则 USB 检测到设备,开始枚举过程。

? 所以要控制开发板作为 USB 设备工作,必须23短接。

2、枚举过程中,第一个来回的详细分析。

? 检测到设备,主机发总线复位。这个复位与 USB 上电复位和系统复位是不同的这个是 SIE(Serial Interface Engine) 根据总线状态通知用户的一种复位。设备产生复位中断,如何处理由设备固件程序决定。

主机发起第一个控制传输:

(1)主机 SETUP 包(发往地址0端点0) 、主机数据包(请求设备描述符) 、设备握手包 ACK。

? 设备产生端点0数据输出中断,固件程序要根据数据包中的主机要求做好准备,这里是在端点0输入缓冲区准备好设备描述符。

(2)数据过程,主机先发一个 IN 令牌包、设备发一个数据包(这个数据已经准备好,SIE 收到 IN 令牌后,直接送到总线上,用户此时不干预) 、主机发 ACK 包。

? 此时 SIE 产生端点0数据输入中断,表明主机已经取走了设备所准备的数据,用户也可以在该中断处理程序中作自己的处理。(SIE 指串行接口引擎,是所有 USB 控制器内部的“核心”.SIE 负责处理底层协议,如填充位,CRC 生成和校验,并可发出错误报告.SIE 的主要任务是将低级信号转换成字节,以供控制器使用)

? 此时,主机只接受一次数据,最少8个字节。如果用户数据没有发完,又在控制端点输入缓冲区,准备了数据,主机也不理会。

(3)状态过程:主机发 OUT 包(通知设备要输出) 、主机发0字节状态数据包(这个是0字节,表明自己收到设备描述符) 、设备发握手 ACK 包。

? 此时设备不会产生端点0数据输出中断,此时没有数据。

sean:正确的控制传输都是在这里结束,而对于STM32的结果是pInformation->ControlState=WAIT_STATUS_OUT

3、枚举过程中,第二个来回:设置地址。

? 第一个来回成功以后,主机再次复位总线。进入地址设置控制传输阶段。

(1)主机 SETUP 包(发往地址0端点0) 、主机数据包(请求设置地址) 、设备握手包ACK。所以 SETUP 包后面都会跟一个表明主机 SETUP 目的的数据包,要么 GET,要么SET。

? 设备产生端点0数据输出中断,固件程序要根据数据包中的主机要求做好准备,这里是在根据主机发来的地址写入自己的地址控制寄存器。

(2)数据过程,本次传输没有数据。

(3)状态过程:主机发 IN 包(通知设备要返回数据) 、设备发0字节状态数据包(表明地址设置已经成功) 、主机发握手 ACK 包(地址设置已经生效) 。

? 此时设备不会产生端点0数据输入中断,此时没有数据。

4、枚举过程中,第三个来回:主机使用新地址获取完整的设备描述符。

? 主机采用新地址发起第一个控制传输:

(1)主机 SETUP 包(发往新的地址端点0) 、主机数据包(请求设备描述符) 、设备握手包 ACK。

? 设备产生端点0数据输出中断,固件程序要根据数据包中的主机要求做好准备,这里是在端点0输入缓冲区准备好设备描述符。

(2)数据过程,主机先发一个 IN 令牌包、设备发一个数据包(这个数据已经准备好,SIE 收到 IN 令牌后,直接送到总线上,用户此时不干预) 、主机发 ACK 包。

? 此时 SIE 产生端点0数据输入中断,表明主机已经取走了设备所准备的数据,用户可以该中断处理程序中要做如下处理:如果一次没有将描述符送完,要再次将剩下的内容填充端点0输入缓冲区。

? 第二次数据传输:主机再发一个 IN 令牌包、设备发一个数据包、主机发 ACK 包。

? 此时 SIE 再次产生端点0数据输入中断,如果数据已经发完了。这里就不处理了。进入状态过程。

(3)状态过程:主机发 OUT 包(通知设备要输出) 、主机发0字节状态数据包(表明自己收到设备描述符) 、设备发握手 ACK 包。

? 接下来获取配置描述符、配置集合、字符串描述符、报告描述符的过程差不多,这里就不再叙述了。

二、USB 设备固件程序要做些什么?

1、USB 初始化

2、使能 USB 连接(在 D+或 D-线提供上拉) ,被主机检测。

3、接下来的工作

我觉得几乎都是在中断中完成的。接下来,我会根据书上的实例和网上的例程“JoyStickMouse”先了解 USB 的工作过程,ST 的“USB 库”的使用方法。然后将它移植到 stm32开发板上。

另一个说法

1、检测到 USB 设备后,对 USB 设备复位,使设备地址变为 0x0。发 80 06 01 00 00 40 00 命令,读取设备描述符命令,由于不知道设备描述符的长度,暂时要求返回数据长度为 0x40

2、给这个新接上的设备分配地址。

3、设置地址成功后,对新地址发送获取设备描述符命令,此时已经知道了它的长度,直接按这个长度即可。

4、在得到设备描述符后,我们再发获取配置描述符命令。

5、从上一步,我们可以得到设备支持的接口数及端点数,此时再发一次得到配置描述符命令,把数据长度改大,数据长度我们可以从 wTotallLength 中读取,但我们一般在这里设为 0xFF。

6、如果有字符串描述符,在这里可以发命令读取。接下来再一次发命令完整读取设备描述符和配置描述符?

7、在这里发送设置配置命令,到此,我们已经完整地得到了设备的信息。枚举过程结束

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加:2022-02-16 13:16:43  更:2022-02-16 13:17:46 
 
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