如何使用AT32 MCU主機(jī)庫(kù)快速開發(fā)USB相關(guān)應(yīng)用

這部分主要介紹AT32 USB主機(jī)庫(kù)的結(jié)構(gòu)和庫(kù)的使用方法，AT32 USB支持全速和低速，不支持USB2.0高速設(shè)備。 這里庫(kù)的作用是用來(lái)管理USB外設(shè)和實(shí)現(xiàn)USB的基本協(xié)議，使開發(fā)者能夠更快的上手開發(fā)。

USB主機(jī)庫(kù)包含以下幾個(gè)模塊 如圖1：

用戶應(yīng)用程序

此部分為開發(fā)者根據(jù)應(yīng)用具體需求開發(fā)應(yīng)用程序。

USB Core Driver和USB主機(jī)類

USB Core Driver：此部分實(shí)現(xiàn)USB設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議棧，標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求等接口。

USB主機(jī)類：此部分實(shí)現(xiàn)具體USB主機(jī)請(qǐng)求。

USB主機(jī)硬件底層接口

此部分實(shí)現(xiàn)硬件寄存器抽象接口

USB/OTG外設(shè)

圖1. USB主機(jī)庫(kù)結(jié)構(gòu)

AT32 USB庫(kù)文件

如下是AT32 USB應(yīng)用工程結(jié)構(gòu)圖：

圖2. AT32工程結(jié)構(gòu)

Core Driver庫(kù)路徑：OTGFS-->middlewaresusb_drivers

Host Class庫(kù)路徑：middlewaresusbh_class

如下是USB主機(jī)庫(kù)文件列表：

表1. USB主機(jī)庫(kù)文件列表

表2. USB主機(jī)類文件列表

USB主機(jī)庫(kù)文件說(shuō)明

USB庫(kù)實(shí)現(xiàn)USB主機(jī)枚舉標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)USB規(guī)格里面的4種傳輸類型（control，interrupt，bulk，isochronous）的函數(shù)接口。

圖3 USB主機(jī)庫(kù)文件結(jié)構(gòu)

USB主機(jī)文件函數(shù)接口

usbh_int.c函數(shù)接口

usbh_int.c主要處理底層中斷，包括設(shè)備連接，設(shè)備斷開等。

表3 usbh_int函數(shù)接口

usbh_core.c函數(shù)接口

usbh_core.c此文件封裝不同的usb主機(jī)函數(shù)接口用于不同的地方調(diào)用，包括一些接收，發(fā)送函數(shù)等。

表4 usbh_core函數(shù)接口

usbh_ctrl.c函數(shù)接口

usbh_ctrl.c此文件處理USB主機(jī)枚舉過(guò)程中的一些標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求。

表5 usbh_ctrl函數(shù)接口

支持的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備請(qǐng)求如下表：

表6 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備請(qǐng)求

usbh_xx_class.c函數(shù)接口

usbh_xx_class.c此文件為具體主機(jī)類型的數(shù)據(jù)處理，通過(guò)結(jié)構(gòu)體函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同主機(jī)類型數(shù)據(jù)的處理。 開發(fā)者根據(jù)不同的主機(jī)類型，來(lái)實(shí)現(xiàn)下面函數(shù)結(jié)構(gòu)體中的函數(shù)，達(dá)到不同應(yīng)用結(jié)果。

函數(shù)結(jié)構(gòu)體如下：

表7 主機(jī)class函數(shù)結(jié)構(gòu)體

表8 主機(jī)class函數(shù)接口

usbh_user.c函數(shù)接口

usbh_user.c此文件主要為一些給用戶處理事件的函數(shù)如復(fù)位，斷開連接等。

表9 用戶事件函數(shù)結(jié)構(gòu)體

表10 用戶函數(shù)接口函數(shù)

其它參數(shù)

函數(shù)的參數(shù)結(jié)構(gòu)體如下，USB主機(jī)庫(kù)中參數(shù)傳遞使用結(jié)構(gòu)體usbh_core_type，如下圖：

圖4 全局結(jié)構(gòu)體

USB主機(jī)的狀態(tài)機(jī)如下圖：

圖5 USB主機(jī)狀態(tài)機(jī)

USB返回值，USB函數(shù)接口使用如下函數(shù)返回值。

圖6 函數(shù)返回值

通道FIFO分配

USB主機(jī)要正常收發(fā)數(shù)據(jù)，在初始化時(shí)需要為通道分配FIFO，分配給所有通道FIFO大小的和不能超過(guò)系統(tǒng)分配給USB緩沖區(qū)的最大長(zhǎng)度，具體USB的緩沖區(qū)大小參考RM上的描述。

開發(fā)者可以參考例程usb_conf.h為通道自定義分配FIFO。

OTGFS主機(jī)通道FIFO****分配

主機(jī)模式下，所有通道共享一個(gè)接收FIFO，通道發(fā)送FIFO分為非周期性發(fā)送FIFO和周期性發(fā)送FIFO。 注意usb_conf.h中對(duì)端點(diǎn)分配的FIFO大小單位為word（Byte）。

以hid_demo例程為例：

USB主機(jī)初始化

在使用USB主機(jī)功能時(shí)，需要對(duì)USB的寄存器做一些基本的初始化，通過(guò)調(diào)用USB主機(jī)的初始化函數(shù)完成這部分的操作。

OTGFS****外設(shè)初始化

OTGFS初始化函數(shù)usbd_init包含5個(gè)參數(shù)：

例程主機(jī)hid_demo的初始化如下：

USB主機(jī)中斷處理

USB主機(jī)中斷入口函數(shù)usbh_irq_handler處理所有USB主機(jī)中斷，包括連接狀態(tài)，通道收發(fā)數(shù)據(jù)，SOF，喚醒等中斷，下面介紹一些典型的中斷處理。

圖7 USB主機(jī)中斷處理函數(shù)

通道中斷處理

當(dāng)USB主機(jī)與設(shè)備進(jìn)行通信時(shí)，通道的收發(fā)狀態(tài)都在通道中斷中處理，通道的方向分為IN和OUT通過(guò)通道寄存器中的方向?yàn)檫M(jìn)行判斷。

中斷處理函數(shù)：usbh_hch_handler

代碼如下：

Wakeup 中斷處理

當(dāng)USB主機(jī)在掛起狀態(tài)時(shí)，檢測(cè)到設(shè)備觸發(fā)的遠(yuǎn)程喚醒信號(hào)，將產(chǎn)生此中斷。 此中斷會(huì)將當(dāng)前主機(jī)狀態(tài)改為WAKEUP狀態(tài)：

中斷處理函數(shù)：usbh_wakeup_handler

代碼如下：

接收FIFO非空中斷

此中斷表示當(dāng)前接收FIFO有數(shù)據(jù)，應(yīng)用程序通過(guò)此中斷讀出接收到的數(shù)據(jù)，并存放到對(duì)應(yīng)通道的FIFO當(dāng)中，當(dāng)數(shù)據(jù)讀取完成之后，會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的通道的中斷。

中斷處理函數(shù)：usbh_rx_qlvl_handler

代碼如下：

主機(jī)端口中斷處理

當(dāng)USB主機(jī)斷開發(fā)生狀態(tài)改變時(shí)，會(huì)產(chǎn)生端口中斷，應(yīng)用程序通過(guò)此中斷判斷連接設(shè)備的速度等。

中斷處理函數(shù)：usbh_port_handler

設(shè)備斷開連接中斷處理

當(dāng)連接的設(shè)備斷開是，會(huì)產(chǎn)生斷開連接中斷。

中斷處理函數(shù)：usbh_disconnect_handler

代碼：

USB主機(jī)枚舉處理

USB主機(jī)狀態(tài)機(jī)在usbh_loop_handler函數(shù)中處理，對(duì)應(yīng)的主機(jī)狀態(tài)機(jī)uhost->global_state，如下圖是設(shè)備連接到主機(jī)的狀態(tài)處理流程：

圖8 設(shè)備連接狀態(tài)機(jī)流程

USBH_IDLE：當(dāng)USB啟動(dòng)或者設(shè)備斷開連接之后在此狀態(tài)

USBH_PORT_EN：USB主機(jī)端口使能之后在此狀態(tài)

USBH_ATTACHED：USB設(shè)備連接穩(wěn)定之后

USBH_ENUMERATION：USB設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的枚舉流程

USBH_USER_HANDLER：枚舉完成之后，調(diào)用主機(jī)類的初始化函數(shù)

USBH_CLASS_REQUEST：主機(jī)類初始化完成之后，進(jìn)行主機(jī)類請(qǐng)求

USBH_CLASS：所有枚舉完成，進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)處理。

USB主機(jī)枚舉流程

當(dāng)設(shè)備接到主機(jī)之后，通過(guò)控制端點(diǎn)（端點(diǎn)0）進(jìn)行枚舉動(dòng)作，USB主機(jī)的枚舉狀態(tài)如下：

如下是主機(jī)枚舉的狀態(tài)機(jī)流程：

圖9 USB主機(jī)枚舉流程

ENUM_GET_MIN_DESC：獲取8字節(jié)設(shè)備描述

ENUM_GET_FULL_DESC：獲取18字節(jié)設(shè)備描述

ENUM_SET_ADDR：設(shè)置設(shè)備地址

ENUM_GET_CFG：獲取9字節(jié)配置描述

ENUM_GET_FULL_CFG：獲取完整的配置描述

ENUM_GET_MFC_STRING：獲取設(shè)備廠商信息

ENUM_GET_PRODUCT_STRING：獲取設(shè)備產(chǎn)品信息

ENUM_GET_SERIALNUM_STRING：獲取設(shè)備序列號(hào)信息

ENUM_SET_CONFIG：設(shè)置配置

ENUM_COMPLETE：枚舉完成

USB控制傳輸過(guò)程包含SETUP-DATA-STATUS三個(gè)階段，如下是一個(gè)主機(jī)獲取設(shè)備信息的傳輸過(guò)程GET_DESCRIPTOR：

圖10 獲取描述符

如下是USB主機(jī)庫(kù)一個(gè)SETUP-DATA-STATUS函數(shù)調(diào)用流程：

圖11 USB主機(jī)SETUP函數(shù)調(diào)用

usbh_ctrl_transfer_loop函數(shù)中斷對(duì)控制請(qǐng)求的各個(gè)狀態(tài)階段進(jìn)行處理：

控制請(qǐng)求狀態(tài)機(jī)：

圖12 控制請(qǐng)求處理流程

USB主機(jī)類初始化

在USB標(biāo)準(zhǔn)枚舉完成之后，會(huì)調(diào)用USB主機(jī)類的初始化，在初始化函數(shù)中解析當(dāng)前枚舉的設(shè)備是否支持，調(diào)用函數(shù)uhost->class_handler->init_handler(uhost)。

初始化代碼例：

USB主機(jī)類請(qǐng)求

USB主機(jī)類初始化之后，可以發(fā)送主機(jī)類控制請(qǐng)求，根據(jù)不同的設(shè)備類，需要實(shí)現(xiàn)不同的設(shè)備類請(qǐng)求。 調(diào)用函數(shù)uhost->class_handler->request_handler((void*)uhost);

主機(jī)類請(qǐng)求例：

USB主機(jī)數(shù)據(jù)處理

所有枚舉完成之后，將進(jìn)行主機(jī)數(shù)據(jù)處理

主機(jī)數(shù)據(jù)處理例：

USB主機(jī)類型例程

本章將說(shuō)明使用AT32 USB主機(jī)庫(kù)實(shí)現(xiàn)不同的主機(jī)類型的例程。 目前實(shí)現(xiàn)的主機(jī)類例程如下：

隱藏（鼠標(biāo)，鍵盤）

大容量存儲(chǔ)（msc_only_fat32）

two_otg_host_demo(僅AT32F435/437支持)

HID例程

HID類支持鼠標(biāo)和鍵盤設(shè)備，開發(fā)者可修改此例程用以實(shí)現(xiàn)支持其它HID類設(shè)備。

HID類：

HID類例程初始化

當(dāng)USB設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)枚舉完成之后，會(huì)進(jìn)行初始化，調(diào)用uhost_init_handler, 調(diào)用此函數(shù)將解析接到主機(jī)上的設(shè)備類型，是鼠標(biāo)還是鍵盤或者其它設(shè)備。

通過(guò)設(shè)備的配置描述信息進(jìn)行如下流程解析：

查找HID接口

判斷接口是鼠標(biāo)還是鍵盤

查找對(duì)應(yīng)接口的端點(diǎn)號(hào)

初始化對(duì)應(yīng)通道

代碼如下:

HID類請(qǐng)求

HID類請(qǐng)求實(shí)現(xiàn)一些HID設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求，調(diào)用函數(shù)uhost_request_handler

SET_IDLE

SET_PROTOCOL

GET_REPORT

代碼如下：

HID****類數(shù)據(jù)處理

HID枚舉設(shè)置完成之后，USB主機(jī)可以請(qǐng)求設(shè)備數(shù)據(jù)，通過(guò)調(diào)用uhost_process_handler來(lái)處理。

通過(guò)usbh_interrupt_recv函數(shù)給設(shè)備發(fā)送IN請(qǐng)求

通過(guò)usbh_get_urb_status(puhost, phid->chin); 獲取IN請(qǐng)求的狀態(tài)

通過(guò)phid->in_poll判斷多長(zhǎng)時(shí)間發(fā)送一次IN請(qǐng)求

通過(guò)phid->protocol判斷是鼠標(biāo)還是鍵盤

代碼如下：

MSC例程

msc_only_fat32實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的mass storage主機(jī)類，僅支持FAT32格式。

MSC類：

MSC 類初始化

當(dāng)USB設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)枚舉完成之后，會(huì)進(jìn)行初始化，調(diào)用uhost_init_handler,調(diào)用此函數(shù)將解析接到主機(jī)上的設(shè)備類型，判斷是否是MSC類型。

通過(guò)設(shè)備的配置描述信息進(jìn)行如下流程解析：

查找MSC接口

查找對(duì)應(yīng)接口的端點(diǎn)號(hào)

初始化對(duì)應(yīng)通道

初始化bulk-only和SCSI狀態(tài)機(jī)

代碼如下：

MSC類請(qǐng)求

MSC類請(qǐng)求實(shí)現(xiàn)一些MSC設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求，調(diào)用函數(shù)uhost_request_handler

GET_MAX_LUN

代碼如下：

MSC類數(shù)據(jù)處理

HID枚舉設(shè)置完成之后，USB主機(jī)可以請(qǐng)求設(shè)備數(shù)據(jù)，通過(guò)調(diào)用uhost_process_handler來(lái)處理。

實(shí)現(xiàn)如下命令：

查詢

TEST_UNIT_READY

READ_CAPACITY10

REQUEST_SENSE

代碼如下：

MSC讀寫數(shù)據(jù)

MSC讀寫數(shù)據(jù)在通過(guò)FATFS接口進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，在usbh_msc_diskio.c中實(shí)現(xiàn)讀寫函數(shù)。

讀函數(shù)：

寫函數(shù)：

CDC例程

cdc實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的虛擬串口類。

CDC類：

CDC類例程初始化

當(dāng)USB設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)枚舉完成之后，會(huì)進(jìn)行初始化，調(diào)用uhost_init_handler, 調(diào)用此函數(shù)將解析接到主機(jī)上的設(shè)備類型。

通過(guò)設(shè)備的配置描述信息進(jìn)行如下流程解析：

查找CDC接口

判斷接口是否為虛擬串口

查找對(duì)應(yīng)接口的端點(diǎn)號(hào)

初始化對(duì)應(yīng)通道

代碼如下:

CDC類請(qǐng)求

CDC類請(qǐng)求實(shí)現(xiàn)一些CDC設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求，調(diào)用函數(shù)uhost_request_handler

GET_LINECODING

代碼如下：

CDC類數(shù)據(jù)處理

CDC枚舉設(shè)置完成之后，USB主機(jī)可以請(qǐng)求設(shè)備數(shù)據(jù)，通過(guò)調(diào)用uhost_process_handler來(lái)處理。

通過(guò)set_linecoding和get_linecoding配置linecoding

通過(guò)cdc_process_reception(puhost)函數(shù)給設(shè)備發(fā)送IN請(qǐng)求

通過(guò)cdc_process_transmission(puhost)函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)給設(shè)備

代碼如下：

two_otg_host_demo例程

AT32F435/437存在兩個(gè)OTGFS，此例程說(shuō)明同時(shí)使用兩個(gè)OTGFS實(shí)現(xiàn)兩個(gè)host功能。

實(shí)現(xiàn)功能：

OTGFS1實(shí)現(xiàn)MSC主機(jī)（參考MSC例程）

OTGFS2實(shí)現(xiàn)HID主機(jī)（參考HID例程）

配置與實(shí)現(xiàn)

在usb_conf.h中配置OTGFS1和OTGFS2：

在main中初始化：

審核編輯：湯梓紅