USB学习笔记

一、背景

最近在做一个关于USB通信的项目，下位机是采用STM32F407为主控芯片。PC作为主机，下位机作为设备，PC通过上位机发送数据给下位机，下位机接收数据并回传相应的数据。刚开始都不确定从机用HID还是CDC来实现，由于之前没有接触过USB，这几天一直在看关于USB的资料，在网上也搜索了很多资料，看完资料还是感觉一头雾水，所以对所看的内容做一下归纳总结，方便自己以后查看，同时把我的想法分享给大家，文中可能有理解偏差的地方，随着时间和学习的深入我也会对文中有错误的地方进行更改，如果您看到我的博客并能指出错误，我将感激不尽。

二、正文

1、USB简介：Universal Serial BUS（通用串行总线） 简称“通串线”

USB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。USB 接口支持设备的即插即用和热插拔功能。USB 发展到现在已经有 USB1.0/1.1/2.0/3.0 等多个版本。 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。 

 

2、USB常用术语

①、USB开发主要包括：USB主机、USB设备（从机）、USB OTG系统开发

②、什么是OTG技术?

ON-THE-GO是近年发展起来的技术，主要应用于各种不同设备或移动设备间的连接，进行数据交换。OTG技术就是在没有HOST的情况下，实现设备间的数据传输。OTG补充协议：增加了电源管理（节省功耗）功能，允许设备既可以作主机也可以作为外设操作。既有主机功能又有设备功能。如：平板电脑

参考：http://baike.baidu.com/view/146799.htm

③、什么是集线器？

集线器（Hub）:扩展USB主机所能连接的设备数量，主要用于扩展。

SIE:串行接口引擎，主要USB总线上传输的数据进行编码和解码，检测与产生信息包的起始SOP标志和信息包的结束EOP标志，对数据进行串/并转换，检测接收信息包、传送信息包等功能。

端点：是主机和设备之间通信的目的或来源。控制端点可以双向传输数据，而其他端点只能单向传输数据。

4、枚举

USB主机通过一系列命令要求USB设备发送描述符信息，从而知道设备具有什么功能、属于哪一类设备、要占用多少带宽、使用哪类传输方式及数据量的大小。

所以枚举对主机与设备进行通信是非常重要的，枚举不成功，主机就无法了解设备，USB设备也不能成其为USB设备。

枚举过程：上电检测→获取设备描述符→设置设备地址→再次获取设备描述符→获取配置描述符→获取字符串描述符→枚举成功

对于不同的系统枚举的过程是不一样的。

5、USB电源

USB规范要求在任何情形下，电压均不能超过5.25V，在最坏的情形下电压均不能低于4.375V，一般情形电压会接近5V，一个USB的跟集线器最多只能提供500mA的电流。

 

3、USB设备有4种传输方式与主机进行通信

控制方式

中断方式

批量方式

同步方式

 

4、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。由于项目用到的是从机模式，所以主要了解从机模式。学习就是这样，需要用到什么就学什么，因为要学的东西太多，不可能面面俱到，正如人们常说的“有舍才有得”。

从机（Slave/Device）模式的特点：

• 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、中断传输和同步传输
• 3个OUT端点(EP),可配置为支持批量传输、中断传输和同步传输
• 管理一个共享RxFIFO和一个Tx-OUT FIFO，以高效实用USB数据RAM
• 管理多达4个专用Tx-IN FIFO，降低应用程序负荷支持软断开功能。 

ST提供的 USB OTG 库 ：http://www.stmcu.org/download/index.php?act=ziliao&id=150 

 

5、ST官方库中提供了USB的10种应用，本项目主要是作为从设备，用到HID，HID所需要的文件如下：

 

其中Device和Driver中的文件基本不需要改，只需要改APP中的几个文件即可。

这里主要讲一下USB_APP里面的文件：

Usb_bsp.c:主要包括GPIO配置，中断配置，端口供电配置以及延时函数等

Usbd_desc.c:提供了USB设备类描述符，直接决定了USB设备的类型、断点、接口、字符串、制造商等重要信息。这里面的内容我们一般不需要修改，直接用官方的即可。

Usbd_usr.c:提供用户应用层接口函数。即USB设备类的一些回调函数，当USB状态机处理完不同事务的时候，会调用这些回调函数，我们通过这些回调函数，就可以知道USB 当前状态，比如：是否枚举成功了？是否连接上了？是否断开了？等，根据这些状态，用户应用程序可以执行不同操作，完成特定功能。 

以上文件基本上都是以回调函数的形式，被 USB 驱动库调用的。 

Usbd_conf.h文件里面的内容需要根据具体的应用写不一样的宏定义。