【STM32F407】第2章 ThreadX USBX协议栈介绍

2.1 初学者重要提示

1、 ThreadX是小型RTOS的巅峰之作，通过了各行各业的安全认证，并且大部分都是最高安全标准。作为中间件的USBX文件系统也通过了各种安全认证。

2.2 Express Logic公司介绍

ThreadX的作者是William lamie（同样是Nucleus RTOS的原始作者，于1990年发布）。1996的时候成立了Express Logic，并于1997发布首版ThreadX RTOS。

• ThreadX4发布于2001年，ThreadX5发布于2005年，ThreadX6发布于2020年。

• FileX – ThreadX的嵌入式文件系统于1999年发布首版。

• NetX – ThreadX的嵌入式TCP / IP网络协议栈于2002年发布首版。

• USBX – ThreadX的嵌入式USB协议栈于2004年发布首版。

• 2009年推出了适用于SMP多核环境的ThreadX。

• 2011年发布支持动态应用加载的ThreadX Modules。

• GUIX – ThreadX的嵌入式UI于2014年发布首版。

• Microsoft在2019年4月18日以未公开的价格购买了Express Logic。

2.2.1 ThreadX内核

ThreadX几乎是小型RTOS的巅峰之作，不管你之前用的那个OS，如果有精力建议还是学习下。62亿电子设备采用，是其它RTOS无法逾越的高山。ThreadX的产品涵盖了各种领域，包括NASA的多个太空探测项目，飞机自动驾驶仪系统，火星侦察轨道器等。

ThreadX及其所有中间件的安全认证等级，至今没有一款小型RTOS可以与其匹敌。这么多安全认证，公司要入大量财力，人力和物力才可以完成，早前Micrium的一篇文章还谈过这个问题，投入了太多资金和人力了，还与风河的VxWorks做了简单对比。

（1）医疗 - FDA510（k），IEC-62304 Class C，IEC-60601，ISO-14971

（2）工业 - UL-1998，IEC-61508 SIL 4

（3）运输/铁路 - EN50128 SIL 4，BS50128, 49CFR236，IEC-61508

（4）航空航天设备 - DO-178B，ED-12B，DO-278

（5）汽车 - IEC-61508 ASIL D

（6）核应用 - IEC-61508

（7）家电 - UL/IEC 60730/60335

规格如下:

2.2.2 NetX网络协议栈

ThreadX的网络协议栈对其它网络协议栈几乎是碾压性优势。一张图，几乎涵盖了我们日常项目大部分应用：

各个行业的安全认证：

物联网协议方向安全认证：

加密库也做了认证：

2.2.3 GUIX图形界面

GUIX用于图形界面设计，功能强劲，特别是配套的图形界面开发软件GUIX Studio，可以添加设置各种主题，各种界面效果，各种字体展示，各种图片格式设置，真的是一条龙，非常方便。而且GUIX有各种安全认证。

GUIX通过了医疗认证IEC-62304 Class C，汽车认证IEC-61508 ASIL D，工业认证IEC-61508 SIL 4和运输/铁路认证EN50128，表明GUIX可用于安全关键型系统。

规格如下:

2.2.4 FileX文件系统

ThreadX的文件系统非常强劲，通过了各行各业的高等级安全认证。其它文件系统别说安全认证了，安全措施都不多，甚至没有。

规格如下：

2.2.5 LevelX擦写均衡保护层

LevelX为NAND和NOR型Flash提供擦写均衡支持，并且对于NAND型，还支持ECC校验和坏块管理。

由于NAND和NOR型Flash擦除次数是有限的，因此均匀分配闪存使用至关重要。这通常称为擦写均衡，LevelX为此而生。LevelX向用户提供一个逻辑扇区阵列，这些逻辑扇区映射到LevelX内部的物理闪存。应用程序可以将LevelX与FileX结合使用，也可以直接读取/写入逻辑扇区。LevelX专为容错而设计。Flash更新是分多个步骤进行的，每个步骤都可以中断。在下一次操作期间，LevelX自动恢复到最佳状态。

2.3 ThreadX USBX简介

USBX 是一种高性能的USB Host、Device和OTG嵌入式协议栈。USBX 与ThreadX完美配套，适用于所有支持ThreadX的处理器。 与ThreadX一样，USBX 也采用占用空间小、性能高的设计，特别适用于需要与 USB 设备对接的深度嵌入式应用程序。

USBX Host/Device嵌入式USB 协议栈是工业级的嵌入式USB解决方案，专门设计用于深度嵌入式应用程序、实时应用程序和 IoT 应用程序。USBX提供Host、Device和 OTG 支持以及广泛类支持。 USBX 与 ThreadX 实时操作系统、FileX 嵌入式 FAT 兼容文件系统、NetX 和 NetXDuo 嵌入式 TCP/IP网络协议栈完美配套。凭借所有这些以及占用空间极小、执行速度快、易于使用的优势，USBX 已成为需要建立 USB 连接的、要求最高的嵌入式 IoT 应用程序的理想选择。

2.3.1 内存需求

USBX 的占用空间小，只需占用 10.5 KB 闪存和 5.1 KB RAM 来提供 USBX Device CDC/ACM 支持。 要提供 USBX Host CDC/ACM 支持，它至少需要占用 18 KB Flash和 25 KB RAM。

与 ThreadX 一样，USBX 的大小会根据应用程序实际使用的服务自动裁剪。无需复杂的配置和生成参数，使开发人员能够更轻松地实现。

2.3.2 USBX的USB规范认证

已使用 USB IF 标准测试工具 USBCV 对 USBX 设备堆栈进行严格的测试，以确保完全符合 USB 规范以及与不同主机系统的互操作性。 此外，USBX OTG 协议栈已由位于中国台湾的独立测试实验室 Allion 进行验证和认证。

2.3.3 USBX 支持的USB厂商

USBX 支持主流的 USB 标准，例如 OHCI 和 EHCI。

USB主机控制器：

USBX 支持 Atmel、Microchip、Philips、Renesas、ST、TI 和其他供应商提供的专有分立 USB 控制器。USBX 还支持同一应用程序中的多个Host控制器。

USB设备控制器：

USBX 支持 Analog Devices、Atmel、Microchip、NXP、Philips、Renesas、ST、TI 和其他供应商提供的流行 USB Device控制器。

知识补充：

• 通用主控制器接口（UHCI）： 由 Intel 生产，适用于 USB 1.0 和 USB 1.1。使用 UHCI 时需要得到 Intel 的许可。该控制器支持低速模式和全速模式。

• 开放主控制器接口（OHCI）： 由 Compaq、 Microsoft 和 National Semiconductor 生产， 适用于 USB 1.0 和 1.1。该控制器支持低速模式和全速模式， 并且它的效率比 UHCI 更高， 因为可以执行更多硬件功能。

• 扩展型主控制器接口（EHCI）： 在 USB-IF 要求发布单一主控制器规范后，已经生产了该控制器，它适用于 USB2.0。 EHCI 仅支持高速传输，并且将低速和全速传输委托给 OHCI 或 UHCI 控制器执行。

2.3.4 USBX设备类支持

USBX 设备支持大多数流行类，包括 CDC/ACM、CDC/ECM、DFU、HID、PIMA (PTP/MTP) (w/MTP)、RNDIS 和 STORAGE。此外还支持自定义类。

2.3.5 USBX主机类支持

USBX 主机支持大多数流行类，包括 ASIX、AUDIO、CDC/ACM、CDC/ECM、GSER、HID（键盘、鼠标和远程控制）、HUB、PIMA (PTP/MTP)、PRINTER、PROLIFIC 和 STORAGE。

2.3.6 USBX自定义类支持

USBX 主机和设备支持自定义类。USBX软件包中提供了一个自定义类示例。

2.3.7 USBX的Pictbridge支持

USBX 在主机和设备上都支持Pictbridge 实现。Pictbridge 位于PIMA (PTP/MTP) 类的顶层。 PictBridge 允许将数码照相机或智能手机直接连接到打印机，而不使用 PC，从而可以直接使用特定的 Pictbridge 感知打印机进行打印。 当相机或手机连接到打印机时，打印机为 USB 主机，照相机为 USB 设备。 然而，在使用 Pictbridge 时，相机显示为主机，而且命令是从相机驱动的。 相机是存储服务器，打印机是存储客户端。 相机是打印客户端，打印机是打印服务器。Pictbridge 使用 USB 作为传输层，但依赖于 PTP（图片传输协议）作为通信协议。

2.3.8 API命名规则

FileX的函数命名规则是：Noun-verb naming convention （名词动词命名约定）。根据这个命名规格，我们实际看下个API，比如：fx_file_allocate ，前缀tx，名词file_，动词allocate。再看下面API截图（部分函数截图）：

基本也都符合这个命名规则。

2.3.9 USBX的主机类API资源占用

USBX的 API遵循名词-动词命名约定。 所有 API 带有前导 ux_host_*，可以识别出它们是 USBX API。 所有阻塞 API 具有可选的线程超时。

2.3.10 USBX的设备类API资源占用

USBX的 API遵循名词-动词命名约定。 所有 API 带有前导 ux_device_*，可以识别出它们是 USBX API。 所有阻塞 API 具有可选的线程超时。

2.3.11 快速推向市场

USBX易于安装，学习，使用，调试，验证，认证和维护。因此，根据嵌入式市场预测专家（EMF）的调查，ThreadX在过去七年中一直是领先的上市时间RTOS。调查一致显示，使用ThreadX的设计中有70％可以按时投放市场-超过了所有其他RTOS。

可以快速推向市场的原因：

• 高质量文档。

• 完整的源代码。

• 易于使用的API。

• 高级特性。

• 广泛的第三方工具集成–特别是IAR。

2.3.12 高质量源代码

从一开始，ThreadX就被设计为工业级RTOS，并附带完整的C源代码。ThreadX源代码在质量和易于理解方面树立了标杆。此外，一个函数一个源文件的方式，大大方便用户查阅浏览。

ThreadX遵守严格的编码规范，包括要求每行C代码都必须有有意义的注释。此外，ThreadX源码已通过最高标准的认证。

2.4 ThreadX各行各业应用案例

ThreadX官网给出了航空航天，工业，汽车，医疗，消费电子，物联网，片上系统等方向的具体案例 ： https://rtos.com/x-ware-showcase/

以消费电子方向为例，三星，NEST，HTC等都是其客户，对应的产品也非常多。并且这些产品的直接使用ThreadX全套，基本ThreadX有的，就不再使用第三方组件：

2.5 ThreadX论坛

针对ThreadX，专门建立了论坛版块：

http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=forumdisplay&fid=12。

当然，大家也可以上USBX的官方Github开源地址提交问题：

https://github.com/azure-rtos 。

2.6 总结

关于ThreadX USBX就跟大家介绍这么多