开发: C++知识库 Java知识库 JavaScript Python PHP知识库人工智能区块链大数据移动开发嵌入式开发工具数据结构与算法开发测试游戏开发网络协议系统运维
教程: HTML教程 CSS教程 JavaScript教程 Go语言教程 JQuery教程 VUE教程 VUE3教程 Bootstrap教程 SQL数据库教程 C语言教程 C++教程 Java教程 Python教程 Python3教程 C#教程
数码: 电脑笔记本显卡显示器固态硬盘硬盘耳机手机 iphone vivo oppo 小米华为单反装机图拉丁

-> 嵌入式 -> USB 协议整理九：USB 协议调试工程说明 -> 正文阅读

[嵌入式]USB 协议整理九：USB 协议调试工程说明

一、前言

目的：使用 STM32F103 从 0 开始实现 USB 调试代码。

硬件：正点原子战舰开发板。

软件：

USB：用于实现各种功能
串口：打印日志信息
LED：显示运行状态
其他：根据需要进行添加

参考：STM 官方 USB 库。

二、工程目录说明

在这里插入图片描述

三、常用驱动说明

1、时钟配置

在这里插入图片描述

2、数据结构设计

1、循环队列

1、数据类型

#define QUEUE_MAXSIZE 128

typedef struct{
    unsigned char data[QUEUE_MAXSIZE];
    unsigned int front,rear;            // fornt：对头、rear：队尾
}queue_t;

2、相关操作

#include "queue.h"

int init_queue(queue_t *q)
{
    q->front = q->rear = 0;
    
    return 0;
}

int en_queue(queue_t *q,unsigned char c)
{
    if((q->rear+1)%QUEUE_MAXSIZE == q->front) return 1;     // 队列满
    q->data[q->rear] = c;                                   // 将 x 插入队尾
    q->rear = (q->rear+1)%QUEUE_MAXSIZE;                    // 队尾指针后移
    
    return 0;
}

int de_queue(queue_t *q,unsigned char *c)
{
    if(q->rear == q->front) return 1;       // 队列为空
    *c = q->data[q->front];                 // 提取对头元素
    q->front = (q->front+1)%QUEUE_MAXSIZE;  // 队头后移
    
    return 0;
}

3、UART

1、缓存设计

1、发送数据

发送数据不进行设计，根据需求进行。

2、接收数据

接收数据采用循环队列完成。

typedef struct{
    queue_t data;
}uart_t;

2、初始化

int uart_init(unsigned int rate)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    
    //USART1_TX   GPIOA.9
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    //USART1_RX	  GPIOA.10
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    // NVIC
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    
    // USART 配置
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = rate;
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;

    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
    
    // 初始化
    init_queue(&uart_data.data);
    return 0;
}

3、发送数据

uart 作为日志数据发送，需要兼容不同格式类型数据，因此发送数据通过重定向 printf 完成。

#if 1
#pragma import(__use_no_semihosting)                           
struct __FILE 
{ 
	int handle; 

}; 

FILE __stdout;        
void _sys_exit(int x) 
{ 
	x = x; 
} 
int fputc(int ch, FILE *f)
{      
	while((USART1->SR&0X40)==0);
    USART1->DR = (u8) ch;      
	return ch;
}
#endif

4、接收数据

uart 接收数据为了能够及时响应，因此使用中断来完成。

int uart_recive_data(unsigned char c)
{
    en_queue(&uart_data.data,c); // 数据入队
    
    return 0;
}

void USART1_IRQHandler(void)
{
    if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET){
        USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);
        uart_recive_data(USART_ReceiveData(USART1));
    }
}

3、LED

int led_init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
    
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE);
    
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
    GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);
    GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);

    return 0;
}

void led0_on(void)
{
    GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
}

void led0_off(void)
{
    GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
}

void led1_on(void)
{
    GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);
}

void led1_off(void)
{
    GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);
}

4、delay

延时使用 Systick 定时器完成，设计思想如下：

1、将 Systick 配置成每 1ms 中断一次。

2、根据延时时间设置中断次数。

代码如下：

static __IO unsigned int timing_delay;

int delay_init(void)
{
    if(SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000)){
        printf("delay_init failed\r\n");
    }
    
    return 0;
}

void delay_ms(__IO unsigned int nTime)
{ 
  timing_delay = nTime;

  while(timing_delay != 0);
}

void timing_delay_decrement(void)
{
    if (timing_delay != 0x00)
    { 
        timing_delay--;
    }
}

void SysTick_Handler(void)
{
    timing_delay_decrement();
}

四、usb 驱动

说明：参考 STM 提供 USB 库。

1、GPIO 配置

static int usb_gpio_init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
    
    // 配置时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    // 配置 USB DM/DP 引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11 | GPIO_Pin_12;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    return 0;
}

2、时钟配置

static int usb_clock_init(void)
{
    // 设置 USBCLK 时钟
    RCC_USBCLKConfig(RCC_USBCLKSource_PLLCLK_1Div5);
    // 设置 USB 时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USB, ENABLE);
    return 0;
}

3、中断配置

static int usb_interrupts_config(void)
{
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
    // USB低优先级中断(通道20):可由所有USB事件触发(正确传输，USB复位等)
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USB_LP_CAN1_RX0_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    
    // USB高优先级中断(通道19):仅能由同步和双缓冲批量传输的正确传输事件触发，目的是保证最大的传输速率
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USB_HP_CAN1_TX_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    
    // USB唤醒中断(通道42):由USB挂起模式的唤醒事件触发
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USBWakeUp_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    
    return 0;
}

特别说明：中断优先级等级根据需要进行调整。
中断处理函数如下：

int usb_istr(void)
{
    unsigned int r_istr = 0;
    r_istr = _GetISTR();
    
    if(r_istr & ISTR_SOF){
        _SetISTR((uint16_t)CLR_SOF);
        printf("ISTR_SOF IRQHandler\r\n");
    }
    if(r_istr & ISTR_CTR){
        printf("ISTR_CTR IRQHandler\r\n");
    }
    if(r_istr & ISTR_RESET){
        _SetISTR((uint16_t)CLR_RESET);
        printf("ISTR_RESET IRQHandler\r\n");
    }
    if(r_istr & ISTR_DOVR){
        _SetISTR((uint16_t)CLR_DOVR);
        printf("ISTR_DOVR IRQHandler\r\n");
    }
    if(r_istr & ISTR_ERR){
        _SetISTR((uint16_t)CLR_ERR);
        printf("ISTR_ERR IRQHandler\r\n");
    }
    if(r_istr & ISTR_WKUP){
        _SetISTR((uint16_t)CLR_WKUP);
        printf("ISTR_WKUP IRQHandler\r\n");
    }
    if(r_istr & ISTR_SUSP){
        _SetISTR((uint16_t)CLR_SUSP);
        printf("ISTR_SUSP IRQHandler\r\n");
    }
    if(r_istr & ISTR_ESOF){
        _SetISTR((uint16_t)CLR_ESOF);
        printf("ISTR_ESOF IRQHandler\r\n");
    }
    
    return 0;
}

void USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler(void)
{
    usb_istr();
    printf("USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler\r\n");
}

void USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler(void)
{
    printf("USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler\r\n");
}

void USBWakeUp_IRQHandler(void)
{
    printf("USBWakeUp_IRQHandler\r\n");
}

4、usb外设配置

int usb_register_init(void)
{
    // 1、强制复位
    _SetCNTR(CNTR_FRES);
    // 2、清除 USB_CNTR 寄存器所有信号
    _SetCNTR(0);
    // 3、等待 USB 复位请求完成
    while((_GetISTR()&ISTR_RESET) == 1);
    // 4、清除无效挂起中断
    _SetISTR(0);
    // 5、开启USB复位中断、挂起中断、唤醒中断
    _SetCNTR(CNTR_RESETM | CNTR_SUSPM | CNTR_WKUPM);
    // 6、清除无效挂起中断
    _SetISTR(0);
    // 7、开启正确传输中断、唤醒中断、挂起中断、出错中断、帧首中断、期望帧首中断、USB复位中断
    _SetCNTR(CNTR_CTRM|CNTR_WKUPM|CNTR_SUSPM|CNTR_ERRM|CNTR_SOFM|CNTR_ESOFM|CNTR_RESETM);
    
    return 0;
}

五、工程模板测试

1、串口打印日志如下

[16:49:54.963] uart init successful!
[16:49:54.963] ISTR_ESOF IRQHandler
[16:49:54.963] USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler
[16:49:54.963] ISTR_SUSP IRQHandler
[16:49:54.963] ISTR_ESOF IRQHandler
……
[16:49:55.052] USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler
[16:49:55.055] ISTR_RESET IRQHandler
[16:49:55.101] USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler
[16:49:55.113] ISTR_SOF IRQHandler
[16:49:55.113] USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler
[16:49:55.113] ISTR_SOF IRQHandler
[16:49:55.113] USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler
[16:49:55.113] ISTR_SOF IRQHandler
[16:49:55.122] USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler
……
[16:49:57.084] USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler
[16:49:57.084] ISTR_SOF IRQHandler
[16:49:57.084] USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler
[16:49:57.084] ISTR_SOF IRQHandler
[16:49:57.092] USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler
[16:49:57.092] ISTR_SOF IRQHandler
[16:49:57.092] USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler
[16:49:57.092] ISTR_SOF IRQHandler
[16:49:57.102] ISTR_ESOF IRQHandler
[16:49:57.102] USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler
[16:49:57.102] ISTR_SUSP IRQHandler
[16:49:57.102] ISTR_ESOF IRQHandler
[16:49:57.111] USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler
[16:49:57.111] ISTR_SUSP IRQHandler
[16:49:57.111] ISTR_ESOF IRQHandler
[16:49:57.111] USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler
[16:49:57.123] ISTR_SUSP IRQHandler
[16:49:57.123] ISTR_ESOF IRQHandler
[16:49:57.123] USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler
[16:49:57.123] ISTR_SUSP IRQHandler
[16:49:57.123] ISTR_ESOF IRQHandler
[16:49:57.132] USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler
……

SOF：USB 模块检测到总线上的 SOF 分组时由硬件置位，标志一个新的 USB 帧的开始。中断服务程序可以通过检测 SOF 事件来完成与主机的 1ms 同步，并正确读出寄存器在收到 SOF 分组时的更新内容(此功能在同步传输时非常有意义)。
ESOF：USB 模块未收到期望的 SOF 分组时由硬件置位。主机应该每毫秒都发送 SOF 分组，但如果 USB 模块没有收到，挂起定时器将触发此中断。如果连续发生 3 次 ESOF 中断也就是连续 3 次未收到 SOF 分组，将产生 SUSP 中断。
SUSP：USB 线上超过 3ms 没有信号传输时由硬件置位，用以指示一个来自 USB 总线的挂起请求。USB 复位后硬件立即使能对挂起信号的检测，但在挂起模式下(FSUSP＝1)硬件不会再检测挂起信号直到唤醒过程结束。