STM32 USB学习笔记1

主机环境：Windows 7 SP1

开发环境：MDK5.14

目标板：STM32F103C8T6

开发库：STM32F1Cube库和STM32_USB_Device_Library

之前在STM32论坛里领取过一块STM32开发板，本来以为是带有USB模块接口的，最后发现NUCLEO里是没有把USB模块外接出来的，所以就自个儿掏钱买了一块单板，如下图所示：

单板很简单，单纯是为了学习一下STM32的USB模块，之所以选择这个是因为它便宜，而且ST官方有提供USB模块库方便开发。

USB开发博大精深，比之串口，SPI，I2C来说多了很多东西，一个很简单的例子就是串口，SPI，I2C都可以使用通用IO口来模拟实现，但USB却很少有人这么做。学习USB模块就要学习USB协议，USB协议从1.1到2.0再到3.0，现在貌似到3.1版本了都，版本更替了这么多但不影响我们学习，因为USB协议都是向后兼容的，学习了一个就够了。STM32F103C8T6的USB模块实现了USB2.0全速总线，符合USB2.0全速设备的计数规范，支持8个双向端点等。

USB总线使用两根线实现差分传输D+、D-，这跟485总线类似。因此，在USB总线上同一时刻只能有一个方向上的传输。

有关USB2.0协议规范可以从USB官网上下载，重点看第9章节即可，600多页的文档从头看到尾是很枯燥的。当然如果有精力的话，整个规范都看完也是很有好处的。跟USB2.0规范相关的还有很多类规范，在开发时如果有需要再看就可以了。

一、USB器件库概述

ST官网提供的USB文档有STM32Cube USB器件库，以及USB培训的一些文档，重点看USB器件库文档就好了，因为我们是把STM32的USB模块当作从设备，当然如果STM32支持USB主机的话还有另外一个主机库(不在这里讨论)。通过查看STM32Cube USB器件库，可以帮助我们快速理解USB模块的架构，简化应用开发。STM32CubeUSB设备库在Cube中所处位置如下：

USB设备库位于HAL驱动层之上，在开发中我们只需关注USB设备库即可，不必关注USB设备的HAL驱动，不然USB设备库就没有存在的意义了。而且USB设备库代码是只读的，不需要修改。

设备库中使用的主要结构体为设备句柄，其类型为USBD_HandleTypeDef，我们不必刻意关注USB HAL驱动中USB所使用的数据结构，因为它们对于我们来说是隐藏的，只需关注设备库曝露给我们的接口即可，设备库是和USB2.0协议密切相关的，因此需要熟悉USB2.0文档有助于我们理解设备库的工作流程。

USB设备库目录分为两层：一层为Core(核心层)；另一层为Class(类层)，目录结构如下：

结构比较清晰，核心层是不需要动的，类层是扩展用的。

USB设备库中核心层的usbd_conf文件是需要用户自己实现的，用来配置USB的属性，其各个文件的作用如下：

其中usbd_req改为了usbd_ioreq。由表7就可以看出USB2.0规范中第9章很重要。USB器件库文档还详细说明了一下控制端点0，这在USB开发中是一个重要的端点。其作为默认的控制端点用于接收主机发来的各种请求，请求作为Setup包发送到设备，请求又分为标准请求和非标准请求，标准请求在控制端点0上就可处理了，对于非标准请求通过回调函数传递给特定类进行进一步处理。

USB设备库的类层中各个文件作用如下：

其中的usbd_xxx_if_template文件需要由用户实现，目前跟USB设备库相关的文件有两个需要用户去实现即usbd_conf文件和usbd_xxx_if_template文件。至此USB器件库的概述说明就完毕了，更多详细情况查看USB器件库文档即可。

二、USB协议概述

USB协议中用到的一些逻辑部件：

端点：数据传输的最终对象

管道：主机和设备端点之间数据传输的模型

接口：用于描述特定的功能(有一组端点组成)

设备：由一个或多个接口组成

USB传输分为了3层：Packet、Transaction、Transfer，三者是由小到大，关系如下图：

一次Transfer传输分为几个Transaction，一次Transaction由几次Packer组成。

Packet包格式如下：

所有的USB传输都是由USB主机发起，这点跟I2C通信有些类似。

USB的传输分为4类：控制传输、中断传输、同步传输、批量传输，由此引申出4类端点类型：控制端点、中断端点、同步端点、批量端点。

控制传输是双向的，须有IN和OUT两个方向上的端点号。其他类型的传输是单向的。各类传输差别不是很大，只是对时间的要求不同。

有关USB协议的大概情况就介绍到这，更多详情请查阅USB2.0规范以及STM32F103的参考手册。后面将通过VCP具体示例来分析USB开发。