1、通用串行总线全速接口（USBFS）

GD32 MCU 是通过USBFS实现的USB主机或设备功能。USBFS包含了一个内部的全速USB PHY，不再需要外部的PHY芯片。USBFS可以提供USB2.0协议所定义的所有4种传输方式（控制传输、批量传输、中断传输、同步传输）。
USBFS不仅提供了主机模式（Host）和设备模式，也提供了OTG模式：

主机模式：如U盘插到电脑上，电脑可以读写U盘里的内容，电脑端的USB接口就是主机模式。
设备模式：参考主机模式的描述，U盘就是设备模式。USB设备还有如鼠标、键盘。
OTG模式：可以在主机模式和设备模式间切换。

1.1 硬件连接

1.1.1 信号线

I/O端口	类型	描述
VBUS	输入	总线电源端口
DM	输入/输出	差分信号D- 端口
DP	输入/输出	差分信号D+ 端口
ID	输入	USB识别：微连接器识别端口

1.1.2 连接示意图

主机或设备模式下连接示意图

主机或设备模式下连接示意图
USBFS工作在主机模式下，VBUS是5v电源检测引脚（USB协议定义的）。内部PHY不能提供5v VBUS电源，仅在VBUS信号线上具有电压比较器和充放电电路。如果应用需要VBUS电源，则需要一个外部的供电电源IC。在主机模式下，USBFS与USB连接头之间可以不连接，因为USBFS并不检测VBUS引脚的电平状态并假定5v供电电源一直存在。

USBFS工作在设备模式下，USBFS_GCCFG寄存器中的VBUSIG控制位决定是否启用VBUS检测电路。如果设备不需要检测VBUS引脚电压，可以释放VBUS引脚作为其他用途。否则，VBUS引脚必须连接，并且USBFS需要不断的检测VBUS电平状态。一旦VBUS电压降至所需有效值以下，需要立即关闭DP信号线上的上拉电阻，这样会产生一个断开状态。

OTG模式下连接示意图

当 USBFS 工作在 OTG 模式下时 USBFS需要以下四个引脚： DM、 DP、 VBUS 和 ID，并且需要使用电压比较器检测这些引脚的电压。USBFS 也包含 VBUS 充电和放电电路，用以完成 OTG 协议中所描述的 SRP 请求。主机模式还是设备模式由ID 引脚的电平状态所决定。在实现 HNP 协议的过程中， USBFS 控制上拉和下拉电阻。

1.2 USBFS/USBHS性能

USBFS 接口模块可以作为仅支持全速（FS， 12Mbps）传输的的设备模式运行，也可以作为支持全速（FS， 12Mbps）与低速（LS， 1.5Mbps）传输的主机模式运行。

USBHS 接口模块具有 USBFS 接口模块所有的特性及功能，并且在此基础之上， USBHS 接口模块可支持 USB2.0 高速(480Mbps)主机或设备。

1.3 USBFS模块固件库

1.3.1 USBFS固件库架构

以MSC 主机类介绍
在这里插入图片描述

1.3.2 主机状态机

USBFS的固件库驱动是通过状态机嵌套和状态机查表的方式进行处理的。
主机状态机包含：
（1）主机状态机

主机状态机处理：usbh_core.c
主机状态轮询函数：

usbh_status_enum host_state_polling_fun (usb_core_handle_struct *pudev, 
                                         usbh_host_struct *puhost, 
                                         void *pustate)

主机状态查询表

// 在the current state下,接收到the current event,经查表执行the event function后，转移到the next state
state_table_struct host_handle_table[HOST_HANDLE_TABLE_SIZE] = 
{
    /* the current state  the current event        the next state        the event function */
    {HOST_IDLE,           HOST_EVENT_ATTACHED,     HOST_DEV_ATTACHED,    only_state_move     },
    {HOST_DEV_ATTACHED,   HOST_EVENT_ENUM,         HOST_ENUMERATION,     only_state_move     },
    {HOST_ENUMERATION,    HOST_EVENT_USER_INPUT,   HOST_USER_INPUT,      only_state_move     },
    {HOST_USER_INPUT,     HOST_EVENT_CLASS_REQ,    HOST_CLASS_REQUEST,   only_state_move     },
    {HOST_CLASS_REQUEST,  HOST_EVENT_CLASS,        HOST_CLASS,           only_state_move     },
    {HOST_CLASS,          HOST_EVENT_ERROR,        HOST_ERROR,           only_state_move     },
    {HOST_ERROR,          HOST_EVENT_IDLE,         HOST_IDLE,            only_state_move     },
    {HOST_DEV_DETACHED,   HOST_EVENT_IDLE,         HOST_IDLE,            only_state_move     },
    {HOST_CLASS_REQUEST,  HOST_EVENT_ERROR,        HOST_ERROR,           only_state_move     },
};

（2）枚举状态机
枚举的作用：主机识别到设备连接后，发起的一系列通信，由此主机获得设备的相关信息。

枚举状态机处理：usbh_std.c
枚举状态轮询函数：

usbh_status_enum enum_state_polling_fun (usb_core_handle_struct *pudev,
 										 usbh_host_struct *puhost,
  										 void *pustate)

枚举状态查询表

state_table_struct enum_handle_table[ENUM_HANDLE_TABLE_SIZE] = 
{
    /* the current state             the current event                     the next state                   the event function */
    {ENUM_IDLE,                      ENUM_EVENT_SET_ADDR,                  ENUM_SET_ADDR,                   only_state_move     },
    {ENUM_SET_ADDR,                  ENUN_EVENT_GET_FULL_DEV_DESC,         ENUM_GET_FULL_DEV_DESC,          only_state_move     },
    {ENUM_GET_FULL_DEV_DESC,         ENUN_EVENT_GET_CFG_DESC,              ENUM_GET_CFG_DESC,               only_state_move     },
    {ENUM_GET_CFG_DESC,              ENUN_EVENT_GET_FULL_CFG_DESC,         ENUM_GET_FULL_CFG_DESC,          only_state_move     },
    {ENUM_GET_FULL_CFG_DESC,         ENUN_EVENT_GET_MFC_STRING_DESC,       ENUM_GET_MFC_STRING_DESC,        only_state_move     },
    {ENUM_GET_MFC_STRING_DESC,       ENUN_EVENT_GET_PRODUCT_STRING_DESC,   ENUM_GET_PRODUCT_STRING_DESC,    only_state_move     },
    {ENUM_GET_PRODUCT_STRING_DESC,   ENUN_EVENT_GET_SERIALNUM_STRING_DESC, ENUM_GET_SERIALNUM_STRING_DESC,  only_state_move     },
    {ENUM_GET_SERIALNUM_STRING_DESC, ENUN_EVENT_SET_CONFIGURATION,         ENUM_SET_CONFIGURATION,          only_state_move     },
    {ENUM_SET_CONFIGURATION,         ENUN_EVENT_DEV_CONFIGURED,            ENUM_DEV_CONFIGURED,             only_state_move     },
    {ENUM_DEV_CONFIGURED,            GO_TO_UP_STATE_EVENT,                 UP_STATE,                        goto_up_state_fun   },
};

（3）控制传输状态机

控制传输状态机处理：usbh_ctrl.c
控制传输状态轮询函数：

usbh_status_enum ctrl_state_polling_fun (usb_core_handle_struct *pudev, 
                                    usbh_host_struct *puhost, 
                                    void *pustate)

控制传输状态查询表

state_table_struct ctrl_handle_table[CTRL_HANDLE_TABLE_SIZE] = 
{
    /* the current state   the current event           the next state        the event function */
    {CTRL_IDLE,            CTRL_EVENT_SETUP,           CTRL_SETUP,           only_state_move     },
    {CTRL_SETUP,           CTRL_EVENT_DATA,            CTRL_DATA,            only_state_move     },
    {CTRL_SETUP,           CTRL_EVENT_STATUS,          CTRL_STATUS,          only_state_move     },
    {CTRL_SETUP,           CTRL_EVENT_ERROR,           CTRL_ERROR,           only_state_move     },
    {CTRL_DATA,            CTRL_EVENT_STATUS,          CTRL_STATUS,          only_state_move     },
    {CTRL_DATA,            CTRL_EVENT_ERROR,           CTRL_ERROR,           only_state_move     },
    {CTRL_DATA,            CTRL_EVENT_STALLED,         CTRL_STALLED,         only_state_move     },
    {CTRL_STATUS,          CTRL_EVENT_COMPLETE,        CTRL_COMPLETE,        only_state_move     },
    {CTRL_STATUS,          CTRL_EVENT_ERROR,           CTRL_ERROR,           only_state_move     },
    {CTRL_STATUS,          CTRL_EVENT_STALLED,         CTRL_STALLED,         only_state_move     },
    {CTRL_ERROR,           GO_TO_UP_STATE_EVENT,       UP_STATE,             goto_up_state_fun   },
    {CTRL_STALLED,         GO_TO_UP_STATE_EVENT,       UP_STATE,             goto_up_state_fun   },
    {CTRL_COMPLETE,        GO_TO_UP_STATE_EVENT,       UP_STATE,             goto_up_state_fun   },
};

状态机流程示意：
在这里插入图片描述
状态机切换过程：
在HOST_DEV_ATTACHED状态下，如果接收到HOST_EVENT_ENUM事件，将进入HOST_ENUMERATION状态，在HOST_ENUMERATION状态下，将进入到枚举状态机中处理。在ENUM_DEV_CONFIGURED状态下，接收到 UP_STATE 事件，表明枚举完成，将返回到上层主机状态机中继续处理。在枚举的过程中，需要控制传输，将会继续进入到控制传输状态机(更下一层状态机)中处理。在一次控制传输中，初始状态为 CTRL_IDLE，当一次控制传输完成状态将转移到CTRL_COMPLETE，然后将会返回上层状态机。

状态机的转移使用scd_table_push()函数将上层的状态机保存到状态机堆栈中，使用 scd_table_pop()函数返回至上层状态机中。

1.4 USBFS中断

在使用GD32 MCU开发USB MSC Host功能时，要开启USBFS的全局中断。此部分尚未搞清楚？
在这里插入图片描述

我目前的理解是：通过中断发送接收数据，更新状态等。

2、USB读写U盘记录

2.1 USB时钟

USBFS使用的USB时钟需要配置为48MHz。
在这里插入图片描述
从GD32 MCU时钟树可以看出 USB的48MHz时钟源有2个选择：
1）内部的 48MHz IRC
2）外部时钟hxtal 经过PLL 分频后得到
当时钟为200MHz时USB不稳定问题，需要修改时钟配置选择内部 RC48M 或修改PLLAI的分频系数
可以参考这位大哥的博文GD32F450 200M时USB不稳定 https://www.cnblogs.com/zwj412/p/10026393.html

2.2 用户回调函数

从目前查看的USB相关资料看，在开发USB功能时，主要的工作是
1）移植USBFS固件库
2）添加用户回调处理函数（usbh_usr.c）, 在USB不同状态时用户需要进行的处理。
主要涉及的回调函数有

usbh_user_callback_struct usr_cb =
		{
			usbh_user_init,	// Host 模式初始化时的用户操作
				
			usbh_user_deinit,	// 将用户状态恢复默认
				
			usbh_user_device_connected,	// 设备连接时的用户操作
			
			usbh_user_device_reset,	// 复位设备时的用户操作
			
			usbh_user_device_disconnected,	// 设备断开时的用户操作
											
			usbh_user_over_current_detected,	// 设备过载时的用户操作
			
			usbh_user_device_speed_detected,	// 检测设备速度时的用户操作
			
			usbh_user_device_desc_available,	// 当设备描述符可用时的用户操作
			
			usbh_user_device_address_assigned,	// 设备成功设置地址时的用户操作
			
			usbh_user_configuration_descavailable,	// 当配置描述符可用时的用户操作
			
			usbh_user_manufacturer_string,	// 当厂商字符串存在时的用户操作
			
			usbh_user_product_string,	// 当产品字符串存在时的用户操作
			
			usbh_user_serialnum_string,	// 当产品序列号存在时的用户操作
			
			usbh_user_enumeration_finish,	// 枚举完成时的用户操作
			
			usbh_user_userinput,	// 进入用户状态时的用户操作
			
			usbh_usr_msc_application,	// 用户应用程序
										
			usbh_user_device_not_supported,	// 设备不支持时的用户操作
			
			usbh_user_unrecovered_error	// 当不可恢复的错误发生时的用户操作
		};