USB协议简介
USB ，是英文 Universal Serial BUS（通用串行总线）的缩写，而其中文简称为“通串线，
是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。是应用在 PC 领域的接口技术。
USB 接口支持设备的即插即用和热插拔功能。USB 是在 1994 年底由英特尔、康柏、IBM、
Microsoft 等多家公司联合提出的。
USB 发展到现在已经有 USB1.0/1.1/2.0/3.0 等多个版本。目前用的最多的就是 USB1.1 和
USB2.0，USB3.0 目前已经开始普及。STM32F407 自带的 USB 符合 USB2.0 规范。
标准 USB 共四根线组成,除 VCC/GND 外，另外为 D+和 D-，这两根数据线采用的是差分
电压的方式进行数据传输的。在 USB 主机上，D-和 D+都是接了 15K 的电阻到地的，所以在没
有设备接入的时候，D+、D-均是低电平。而在 USB 设备中，如果是高速设备，则会在 D+上接
一个 1.5K 的电阻到 VCC，而如果是低速设备，则会在 D-上接一个 1.5K 的电阻到 VCC。这样
当设备接入主机的时候，主机就可以判断是否有设备接入，并能判断设备是高速设备还是低速
设备。接下来，我们简单介绍一下 STM32 的 USB 控制器。
STM32F407 系列芯片自带有 USB OTG FS（全速）和 USB OTG HS（高速），其中 HS 需
要外扩高速 PHY 芯片实现，我们这里不做介绍。
STM32F407 的 USB OTG FS 是一款双角色设备 (DRD) 控制器，同时支持从机功能和主机
功能，完全符合 USB 2.0 规范的 On-The-Go 补充标准。此外，该控制器也可配置为“仅主机”
模式或“仅从机” 模式，完全符合 USB 2.0 规范。在主机模式下，OTG FS 支持全速（FS，12
Mb/s）和低速（LS，1.5 Mb/s）收发器，而从机模式下则仅支持全速（FS，12 Mb/s）收发器。
OTG FS 同时支持 HNP 和 SRP。
STM32F407 的 USB OTG FS 主要特性可分为三类：通用特性、主机模式特性和从机模式特
性。
1，通用特性
经 USB-IF 认证，符合通用串行总线规范第 2.0 版
集成全速 PHY，且完全支持定义在标准规范 OTG 补充第 1.3 版中的 OTG 协议
1，支持 A-B 器件识别（ID 线）
2，支持主机协商协议(HNP)和会话请求协议(SRP)
3，允许主机关闭 VBUS 以在 OTG 应用中节省电池电量
4，支持通过内部比较器对 VBUS 电平采取监控
5，支持主机到从机的角色动态切换
可通过软件配置为以下角色：
1， 具有 SRP 功能的 USB FS 从机（B 器件）
2， 具有 SRP 功能的 USB FS/LS 主机（A 器件）
3，USB On-The-Go 全速双角色设备
支持 FS SOF 和 LS Keep-alive 令牌
1，SOF 脉冲可通过 PAD 输出
2，SOF 脉冲从内部连接到定时器 2 (TIM2)
3，可配置的帧周期
3， 可配置的帧结束中断
具有省电功能，例如在 USB 挂起期间停止系统、关闭数字模块时钟、对 PHY 和 DFIFO
电源加以管理
具有采用高级 FIFO 控制的 1.25 KB 专用 RAM
1，可将 RAM 空间划分为不同 FIFO，以便灵活有效地使用 RAM
2，每个 FIFO 可存储多个数据包
3，动态分配存储区
4，FIFO 大小可配置为非 2 的幂次方值，以便连续使用存储单元
一帧之内可以无需要应用程序干预，以达到最大 USB 带宽
2，主机（Host）模式特性
通过外部电荷泵生成 VBUS 电压。
多达 8 个主机通道（管道）：每个通道都可以动态实现重新配置，可支持任何类型的
USB 传输。
内置硬件调度器可：
1，在周期性硬件队列中存储多达 8 个中断加同步传输请求
2，在非周期性硬件队列中存储多达 8 个控制加批量传输请求
管理一个共享 RX FIFO、一个周期性 TX FIFO 和一个非周期性 TX FIFO，以有效使用
USB 数据 RAM。
3，从机（Slave/Device）模式特性
1 个双向控制端点 0
3 个 IN 端点 (EP)，可配置为支持批量传输、中断传输或同步传输
3 个 OUT 端点(EP)，可配置为支持批量传输、中断传输或同步传输
管理一个共享 Rx FIFO 和一个 Tx-OUT FIFO，以高效使用 USB 数据 RAM
管理多达 4 个专用 Tx-IN FIFO（分别用于每个使能的 IN EP），降低应用程序负荷支持
软断开功能
STM32F407 USB OTG FS 框图如图 56.1.1 所示：
