主機(jī)環(huán)境：Windows 7 SP1

開發(fā)環(huán)境：MDK5.14

目標(biāo)板：STM32F103C8T6

開發(fā)庫：STM32F1Cube庫和STM32_USB_Device_Library

之前在STM32論壇里領(lǐng)取過一塊STM32開發(fā)板，本來以為是帶有USB模塊接口的，最后發(fā)現(xiàn)NUCLEO里是沒有把USB模塊外接出來的，所以就自個(gè)兒掏錢買了一塊單板，如下圖所示：

單板很簡(jiǎn)單，單純是為了學(xué)習(xí)一下STM32的USB模塊，之所以選擇這個(gè)是因?yàn)樗阋?，而且ST官方有提供USB模塊庫方便開發(fā)。

USB開發(fā)博大精深，比之串口，SPI，I2C來說多了很多東西，一個(gè)很簡(jiǎn)單的例子就是串口，SPI，I2C都可以使用通用IO口來模擬實(shí)現(xiàn)，但USB卻很少有人這么做。學(xué)習(xí)USB模塊就要學(xué)習(xí)USB協(xié)議，USB協(xié)議從1.1到2.0再到3.0，現(xiàn)在貌似到3.1版本了都，版本更替了這么多但不影響我們學(xué)習(xí)，因?yàn)閁SB協(xié)議都是向后兼容的，學(xué)習(xí)了一個(gè)就夠了。STM32F103C8T6的USB模塊實(shí)現(xiàn)了USB2.0全速總線，符合USB2.0全速設(shè)備的計(jì)數(shù)規(guī)范，支持8個(gè)雙向端點(diǎn)等。

USB總線使用兩根線實(shí)現(xiàn)差分傳輸D 、D-，這跟485總線類似。因此，在USB總線上同一時(shí)刻只能有一個(gè)方向上的傳輸。

有關(guān)USB2.0協(xié)議規(guī)范可以從USB官網(wǎng)上下載，重點(diǎn)看第9章節(jié)即可，600多頁的文檔從頭看到尾是很枯燥的。當(dāng)然如果有精力的話，整個(gè)規(guī)范都看完也是很有好處的。跟USB2.0規(guī)范相關(guān)的還有很多類規(guī)范，在開發(fā)時(shí)如果有需要再看就可以了。

一、USB器件庫概述

ST官網(wǎng)提供的USB文檔有STM32Cube USB器件庫，以及USB培訓(xùn)的一些文檔，重點(diǎn)看USB器件庫文檔就好了，因?yàn)槲覀兪前裇TM32的USB模塊當(dāng)作從設(shè)備，當(dāng)然如果STM32支持USB主機(jī)的話還有另外一個(gè)主機(jī)庫(不在這里討論)。通過查看STM32Cube USB器件庫，可以幫助我們快速理解USB模塊的架構(gòu)，簡(jiǎn)化應(yīng)用開發(fā)。STM32CubeUSB設(shè)備庫在Cube中所處位置如下：

USB設(shè)備庫位于HAL驅(qū)動(dòng)層之上，在開發(fā)中我們只需關(guān)注USB設(shè)備庫即可，不必關(guān)注USB設(shè)備的HAL驅(qū)動(dòng)，不然USB設(shè)備庫就沒有存在的意義了。而且USB設(shè)備庫代碼是只讀的，不需要修改。

設(shè)備庫中使用的主要結(jié)構(gòu)體為設(shè)備句柄，其類型為USBD_HandleTypeDef，我們不必刻意關(guān)注USB HAL驅(qū)動(dòng)中USB所使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈儗?duì)于我們來說是隱藏的，只需關(guān)注設(shè)備庫曝露給我們的接口即可，設(shè)備庫是和USB2.0協(xié)議密切相關(guān)的，因此需要熟悉USB2.0文檔有助于我們理解設(shè)備庫的工作流程。

USB設(shè)備庫目錄分為兩層：一層為Core(核心層)；另一層為Class(類層)，目錄結(jié)構(gòu)如下：

結(jié)構(gòu)比較清晰，核心層是不需要?jiǎng)拥?，類層是擴(kuò)展用的。

USB設(shè)備庫中核心層的usbd_conf文件是需要用戶自己實(shí)現(xiàn)的，用來配置USB的屬性，其各個(gè)文件的作用如下：

其中usbd_req改為了usbd_ioreq。由表7就可以看出USB2.0規(guī)范中第9章很重要。USB器件庫文檔還詳細(xì)說明了一下控制端點(diǎn)0，這在USB開發(fā)中是一個(gè)重要的端點(diǎn)。其作為默認(rèn)的控制端點(diǎn)用于接收主機(jī)發(fā)來的各種請(qǐng)求，請(qǐng)求作為Setup包發(fā)送到設(shè)備，請(qǐng)求又分為標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求和非標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求，標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求在控制端點(diǎn)0上就可處理了，對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求通過回調(diào)函數(shù)傳遞給特定類進(jìn)行進(jìn)一步處理。

USB設(shè)備庫的類層中各個(gè)文件作用如下：

其中的usbd_xxx_if_template文件需要由用戶實(shí)現(xiàn)，目前跟USB設(shè)備庫相關(guān)的文件有兩個(gè)需要用戶去實(shí)現(xiàn)即usbd_conf文件和usbd_xxx_if_template文件。至此USB器件庫的概述說明就完畢了，更多詳細(xì)情況查看USB器件庫文檔即可。

二、USB協(xié)議概述

USB協(xié)議中用到的一些邏輯部件：

端點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罱K對(duì)象

管道：主機(jī)和設(shè)備端點(diǎn)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪Ｐ?/span>

接口：用于描述特定的功能(有一組端點(diǎn)組成)

設(shè)備：由一個(gè)或多個(gè)接口組成

USB傳輸分為了3層：Packet、Transaction、Transfer，三者是由小到大，關(guān)系如下圖：

一次Transfer傳輸分為幾個(gè)Transaction，一次Transaction由幾次Packer組成。

Packet包格式如下：

所有的USB傳輸都是由USB主機(jī)發(fā)起，這點(diǎn)跟I2C通信有些類似。

USB的傳輸分為4類：控制傳輸、中斷傳輸、同步傳輸、批量傳輸，由此引申出4類端點(diǎn)類型：控制端點(diǎn)、中斷端點(diǎn)、同步端點(diǎn)、批量端點(diǎn)。

控制傳輸是雙向的，須有IN和OUT兩個(gè)方向上的端點(diǎn)號(hào)。其他類型的傳輸是單向的。各類傳輸差別不是很大，只是對(duì)時(shí)間的要求不同。

有關(guān)USB協(xié)議的大概情況就介紹到這，更多詳情請(qǐng)查閱USB2.0規(guī)范以及STM32F103的參考手冊(cè)。后面將通過VCP具體示例來分析USB開發(fā)。