STM32 USB 从机HID分析

概述

将STM32的USB初始化为USB从机，使用标准HID协议。控制板自带VBUS供电，因此不需要VBUS、GND引脚。

只要连接2根数据线到电脑即可。

源码分析

当使用USB线连接电脑端后，收到电脑端的USB复位包

USBD_OTG_ISR_Handler -->

    DCD_HandleSof_ISR -->

        /* Clear interrupt */

        OTG_HS_GINTSTS->SOF：在设备模式下，模块将该位置 1 时，指示 USB 上已接收到一个 SOF 令牌。应用程序可通过读取设备状态寄存器来获得当前的帧编号。只有在模块以 FS 模式运行时，才会出现此中断。

        GINTSTS.d32 = 0;

        GINTSTS.b.sofintr = 1;

        USB_OTG_WRITE_REG32 (&pdev->regs.GREGS->GINTSTS, GINTSTS.d32);

    DCD_HandleUsbReset_ISR -->

        /* Clear the Remote Wake-up Signaling */

        OTG_HS_DCTL->RWUSIG：应用程序将此位置 1 时，模块会启动远程发送信号，以唤醒 USB 主机。应用程序必须将此位置 1 以使模块退出挂起状态。根据 USB 2.0 规范，应用程序必须在将此位置 1 之后的 1 ms 到15 ms 内将其清零。

        dctl.b.rmtwkupsig = 1;

        USB_OTG_MODIFY_REG32(&pdev->regs.DREGS->DCTL, dctl.d32, 0 );

        /* Reset Device Address */

        复位后，设备地址默认为0

        OTG_HS_DCFG->DAD： 设备地址(7位， 范围：0~128)，0地址为公共地址

        dcfg.d32 = USB_OTG_READ_REG32( &pdev->regs.DREGS->DCFG);

        dcfg.b.devaddr = 0;

        USB_OTG_WRITE_REG32( &pdev->regs.DREGS->DCFG, dcfg.d32);

        /* setup EP0 to receive SETUP packets */

        USB_OTG_EP0_OutStart(pdev);

        /* Clear interrupt */

        OTG_HS_GINTSTS->USBRST： USB 复位 (USB reset)

        模块将该位置 1 时，指示在 USB 上检测到复位信号。注意： 仅可在设备模式下访问。

        gintsts.d32 = 0;

        gintsts.b.usbreset = 1;

        USB_OTG_WRITE_REG32 (&pdev->regs.GREGS->GINTSTS, gintsts.d32);

        /*Reset internal state machine */

        USBD_DCD_INT_fops->Reset(pdev);

STM32的USB库将SETUP包放在一起处理，首先是枚举阶段

USBD_OTG_ISR_Handler -->

    gintr_status.b.outepintr -->

        DCD_HandleOutEP_ISR -->

            /* inform the upper layer that a setup packet is available */

            /* SETUP COMPLETE */

            USBD_DCD_INT_fops->SetupStage(pdev); -->

                USBD_ParseSetupRequest -->

                    USBD_StdDevReq -->

                        USBD_GetDescriptor -->

                            USBD_USR_DeviceDescriptor -->

主机获取设备描述符，下面是设备描述符的定义：

/* USB Standard Device Descriptor */

__ALIGN_BEGIN uint8_t USBD_DeviceDesc[USB_SIZ_DEVICE_DESC] __ALIGN_END =

{

  0x12,                       /*bLength */

  USB_DEVICE_DESCRIPTOR_TYPE, /*bDescriptorType*/

  0x00,                       /*bcdUSB */

  0x02,

  0x00,                       /*bDeviceClass*/

  0x00,                       /*bDeviceSubClass*/

  0x00,                       /*bDeviceProtocol*/

  USB_OTG_MAX_EP0_SIZE,      /*bMaxPacketSize*/

  LOBYTE(USBD_VID),           /*idVendor*/

  HIBYTE(USBD_VID),           /*idVendor*/

  LOBYTE(USBD_PID),           /*idVendor*/

  HIBYTE(USBD_PID),           /*idVendor*/

  0x00,                       /*bcdDevice rel. 2.00*/

  0x02,

  USBD_IDX_MFC_STR,           /*Index of manufacturer  string*/

  USBD_IDX_PRODUCT_STR,       /*Index of product string*/

  USBD_IDX_SERIAL_STR,        /*Index of serial number string*/

  USBD_CFG_MAX_NUM            /*bNumConfigurations*/

} ; /* USB_DeviceDescriptor */

#define USB_SIZ_DEVICE_DESC                     18

#define USBD_VID                     0x0483

#define USBD_PID                     0x5710

从设备描述符中，我们只能知道配置描述符的个数为1，并不知道他的具体细节。还知道VID、PID

主机发送设置地址：

USBD_SetAddress -->

    DCD_EP_SetAddress -->

以后设备将使用新的地址与主机通信。

主机发送请求全部设备地址：

主机发送获取配置描述符：

/* USB HID device Configuration Descriptor */

__ALIGN_BEGIN static uint8_t USBD_HID_CfgDesc[USB_HID_CONFIG_DESC_SIZ] __ALIGN_END =

{

  0x09, /* bLength: Configuration Descriptor size */

  USB_CONFIGURATION_DESCRIPTOR_TYPE, /* bDescriptorType: Configuration */

  USB_HID_CONFIG_DESC_SIZ,

  /* wTotalLength: Bytes returned */

  0x00,

  0x01,         /*bNumInterfaces: 1 interface*/

  0x01,         /*bConfigurationValue: Configuration value*/

  0x00,         /*iConfiguration: Index of string descriptor describing

  the configuration*/

  0xE0,         /*bmAttributes: bus powered and Support Remote Wake-up */

  0x32,         /*MaxPower 100 mA: this current is used for detecting Vbus*/

  /************** Descriptor of Joystick Mouse interface ****************/

  /* 09 */

  0x09,         /*bLength: Interface Descriptor size*/

  USB_INTERFACE_DESCRIPTOR_TYPE,/*bDescriptorType: Interface descriptor type*/

  0x00,         /*bInterfaceNumber: Number of Interface*/

  0x00,         /*bAlternateSetting: Alternate setting*/

  0x01,         /*bNumEndpoints*/

  0x03,         /*bInterfaceClass: HID*/

  0x01,         /*bInterfaceSubClass : 1=BOOT, 0=no boot*/

  0x02,         /*nInterfaceProtocol : 0=none, 1=keyboard, 2=mouse*/

  0,            /*iInterface: Index of string descriptor*/

  /******************** Descriptor of Joystick Mouse HID ********************/

  /* 18 */

  0x09,         /*bLength: HID Descriptor size*/

  HID_DESCRIPTOR_TYPE, /*bDescriptorType: HID*/

  0x11,         /*bcdHID: HID Class Spec release number*/

  0x01,

  0x00,         /*bCountryCode: Hardware target country*/

  0x01,         /*bNumDescriptors: Number of HID class descriptors to follow*/

  0x22,         /*bDescriptorType*/

  HID_MOUSE_REPORT_DESC_SIZE,/*wItemLength: Total length of Report descriptor*/

  0x00,

  /******************** Descriptor of Mouse endpoint ********************/

  /* 27 */

  0x07,          /*bLength: Endpoint Descriptor size*/

  USB_ENDPOINT_DESCRIPTOR_TYPE, /*bDescriptorType:*/

  HID_IN_EP,     /*bEndpointAddress: Endpoint Address (IN)*/

  0x03,          /*bmAttributes: Interrupt endpoint*/

  HID_IN_PACKET, /*wMaxPacketSize: 4 Byte max */

  0x00,

  HID_FS_BINTERVAL,          /*bInterval: Polling Interval (10 ms)*/

  /* 34 */

} ;

#define USB_HID_CONFIG_DESC_SIZ       34

配置描述符本身占前9字节，配置描述符集合占34字节。

配置描述符：配置描述符中的bNumInterfaces字段定义了接口的个数，一般作为一个HID产品，要么他是键盘，要么他是鼠标，不太可能有跨界产品，所以接口个数一般为1。现在主机只知道我们有一个接口，但是还不知道这一类接口是鼠标还是键盘，或是其他什么。。。

接口描述符：后面紧跟着接口描述符9字节。接口描述符定义了某一类事物的集合，如鼠标，只要是鼠标，不管是什么品牌，什么特征，都需要向上提供相同的接口。现在主机知道了该接口的细节，nInterfaceProtocol字段表示我是鼠标。bInterfaceClass字段表示使用的是HID类，bNumEndpoints字段表示这个接口上只有一个端点，端点相当于TCP/IP协议栈的端口，代表着一个实际的设备。

HID描述符：在接口描述符中说到使用HID类，从机需要对这个类做相应的解释，并交给主机。

bNumDescriptors字段表示只有一个HID描述符

wItemLength字段表示报告描述符的大小，只要是HID设备，都是以报告的形式上传。

#define HID_MOUSE_REPORT_DESC_SIZE    74

__ALIGN_BEGIN static uint8_t HID_MOUSE_ReportDesc[HID_MOUSE_REPORT_DESC_SIZE] __ALIGN_END =

{

  0x05,   0x01,

  0x09,   0x02,

  0xA1,   0x01,

  0x09,   0x01,

  0xA1,   0x00,

  0x05,   0x09,

  0x19,   0x01,

  0x29,   0x03,

  0x15,   0x00,

  0x25,   0x01,

  0x95,   0x03,

  0x75,   0x01,

  0x81,   0x02,

  0x95,   0x01,

  0x75,   0x05,

  0x81,   0x01,

  0x05,   0x01,

  0x09,   0x30,

  0x09,   0x31,

  0x09,   0x38,

  0x15,   0x81,

  0x25,   0x7F,

  0x75,   0x08,

  0x95,   0x03,

  0x81,   0x06,

  0xC0,   0x09,

  0x3c,   0x05,

  0xff,   0x09,

  0x01,   0x15,

  0x00,   0x25,

  0x01,   0x75,

  0x01,   0x95,

  0x02,   0xb1,

  0x22,   0x75,

  0x06,   0x95,

  0x01,   0xb1,

  0x01,   0xc0

};

报告描述符定义了报告的格式，是个重点，后面专门分析！

端点描述符：在接口描述符中提到只有一个端点，这里给出端点的解释。

bEndpointAddress字段告诉主机端点的地址，以后主机就可以直接发送数据包到这个端点，找到当前设备

wMaxPacketSize字段告诉主机上传的报告大小

bInterval字段告诉主机，设备上传报告的周期

主机获取字符串描述符：

设备序列号

Get_SerialNum -->

    deviceserial0 = *(uint32_t*)DEVICE_ID1;

    deviceserial1 = *(uint32_t*)DEVICE_ID2;

    deviceserial2 = *(uint32_t*)DEVICE_ID3;

#define         DEVICE_ID1          (0x1FFF7A10)

#define         DEVICE_ID2          (0x1FFF7A14)

#define         DEVICE_ID3          (0x1FFF7A18)

语言

#define USBD_LANGID_STRING            0x409

/* USB Standard Device Descriptor */

__ALIGN_BEGIN uint8_t USBD_LangIDDesc[USB_SIZ_STRING_LANGID] __ALIGN_END =

{

  USB_SIZ_STRING_LANGID,         

  USB_DESC_TYPE_STRING,       

  LOBYTE(USBD_LANGID_STRING),

  HIBYTE(USBD_LANGID_STRING), 

};

USBD_USR_LangIDStrDescriptor -->

    *length =  sizeof(USBD_LangIDDesc);  

    return (uint8_t*)USBD_LangIDDesc;

参考USB LANGSID ，可知0x0409 English (United States), 使用美式英语

产品ID

#define USBD_PRODUCT_FS_STRING        "ST in FS Mode"

主机设置配置：

USBD_SetConfig --> 

USBD_SetCfg --> 

USBD_HID_Init 

USBD_CtlSendStatus --> 

USB_OTG_EP0_OutStart