基于STM32的USB程序开发笔记(五)

井木轩

USB设备的枚举（下）

ADS1118开发板
基于TI 最新推出的面积最小的16位数模转换器件ADS1118，同时为我们展示了一个K型热电偶温度测量的简易低成本的方案。
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SETUP事件正确接收后，根据该事件提供的请求类型进行对主机的响应。SETUP数据结构的wLength字段说明的是请求返回或者提供的数据长度。
如果判断出的请求信息错误或者说不被支持，STM32 USB设备需要中断此次请求：
    SetEPR_RXStatus(ENDP0, EP_RX_VALID);
    SetEPR_TXStatus(ENDP0, EP_TX_STALL);

正确获取到请求信息后，如果wLength为0，设备需要发送一个0长度数据包以响应主机：
// *****************************************************************************
// Function Name  : SETUP0_Trans0Data
// Description    :
// Input          :
// Output         :
// Return         :
// *****************************************************************************
RESULT SETUP0_Trans0Data(void)
{
  // Send 0-length data frame as ACK to host
  SetBuffDescTable_TXCount(ENDP0, 0);
  SetEPR_RXStatus(ENDP0, EP_RX_NAK);
  SetEPR_TXStatus(ENDP0, EP_TX_VALID);

  return RESULT_SUCCESS;
}
如果wLength不为0，设备则需要根据请求的数据长度发送数据包以响应主机：
// *****************************************************************************
// Function Name  : SETUP0_TransData
// Description    :
// Input          :
// Output         :
// Return         :
// *****************************************************************************
RESULT SETUP0_TransData(void)
{
  unsigned short wLength = vsDeviceInfo.TransInfo.wLength;
  unsigned short wOffset = vsDeviceInfo.TransInfo.wOffset;
  unsigned short wMaxSize = vsDeviceInfo.TransInfo.wPacketSize;

  if(wLength)
  {
    if(wLength > wMaxSize)
    {
      wLength = wMaxSize;      
    }
  
    // Copy the transfer buffer to the endpoint0's buffer
    BufferCopy_UserToPMA( vsDeviceInfo.TransInfo.pBuffer+wOffset,   // transfer buffer
                          GetBuffDescTable_TXAddr(ENDP0),           // endpoint 0 TX address
                          wLength);

    SetBuffDescTable_TXCount(ENDP0, wLength);
    SetEPR_RXStatus(ENDP0, EP_RX_NAK);
    SetEPR_TXStatus(ENDP0, EP_TX_VALID);
  
    // Update the data lengths
    vsDeviceInfo.TransInfo.wLength -= wLength;
    vsDeviceInfo.TransInfo.wOffset += wLength;
   
    return RESULT_LASTDATA;         
  }

  return RESULT_SUCCESS;
}
如果发送的数据长度大于端点设置的最大数据包长度，数据将分割为若干次发送，记录发送数据的状态包含在结构体TRANSFER_INFO中：
// *****************************************************************************
// TRANSFER_INFO
// *****************************************************************************
typedef struct _TRANSFER_INFO
{
  unsigned short wLength;                 // total lengths data will be transmit
  unsigned short wOffset;                 // number of data be transmited
  unsigned short wPacketSize;             // endpoints packet max size
  unsigned char* pBuffer;                 // address of data buffer
}
TRANSFER_INFO,
*PTRANSFER_INFO;
TRANSFER_INFO.wLength记录发送的数据长度，如果非0，表示有数据需要被发送。
TRANSFER_INFO.wOffset记录已发送的数据长度，用以确定数据缓冲TRANSFER_INFO.pBuffer的偏移量。

需要了解的一点：USB主机向USB设备正确发送一请求后（这部分的处理由硬件完成），USB主机将间隔若干次的向USB设备索取响应数据，STM32 USB TX状态为NAK说明不响应USB主机，USB主机在超时后退出此次请求；TX状态为STLL说明中断此次请求，USB主机将无条件退出请求；TX状态为 VALID说明设备已准备好数据发送，USB主机将从USB设备读取数据。
以非0长度数据请求的GET_DESCRIPTOR请求为例的响应过程：
CTR_SETUP0()->SETUP0_Data()->SR_GetDescriptor()->SETUP0_TransData()

RESULT SR_GetDescriptor(void)
{
  // RequestType: device->host, standard request and device recipient
  if(vsDeviceInfo.SetupData.bmRequestType == RT_D2H_STANDARD_DEVICE)
  {
    // SetupData.wValue.b.MSB: descriptor type
    // SetupData.wValue.b.LSB: descriptor index
    switch(vsDeviceInfo.SetupData.wValue.b.MSB)
    {
    case DESCRIPTOR_DEVICE:               return SR_GetDescriptor_Device();
    case DESCRIPTOR_CONFIG:               return SR_GetDescriptor_Config();
    case DESCRIPTOR_STRING:               return SR_GetDescriptor_String();

    default:  return RESULT_UNSUPPORT;
    }
  }

  return RESULT_UNSUPPORT;
}
GET_DESCRIPTOR请求属于USB协议中的标准请求（standard request）并且数据方向为设备至主机（device->host），分设备描述符、配置描述符、字符串描述符三种。已设备描述符为例：
RESULT SR_GetDescriptor_Device(void)
{
  // Assigned the device descriptor to the transfer
  vsDeviceInfo.TransInfo.wOffset = 0;
  vsDeviceInfo.TransInfo.wPacketSize = ENDP0_PACKETSIZE;
  vsDeviceInfo.TransInfo.pBuffer = DescBuffer_Device.pBuff;
  vsDeviceInfo.TransInfo.wLength = DescBuffer_Device.wLen;
  vsDeviceInfo.eControlState = CS_GET_DESCRIPTOR;

  if(vsDeviceInfo.TransInfo.wLength > vsDeviceInfo.SetupData.wLength.w)
  {
    vsDeviceInfo.TransInfo.wLength = vsDeviceInfo.SetupData.wLength.w;
  }

  return SETUP0_TransData();
}
这里说明了发送数据的长度、缓冲、偏移、端点包大小以及当前的控制状态，并说明了如果发送的数据长度超出请求的数据长度，则将舍弃超出的部分。数据配置好后，调用SETUP0_TransData()进行数据发送。
在USB主机查询到USB设备准备就绪后，将读取出这些数据，完成后，USB设备将产生IN事件，此时将响应CTR_IN0()函数：
// *****************************************************************************
// Function Name  : CTR_IN
// Description    :
// Input          :
// Output         :
// Return         :
// *****************************************************************************
void CTR_IN0(void)
{
  switch(vsDeviceInfo.eControlState)
  {
  case CS_GET_DESCRIPTOR:
    if(SETUP0_TransData() == RESULT_SUCCESS)
    {
      SetEPR_TXStatus(ENDP0, EP_TX_NAK);
      SetEPR_RXStatus(ENDP0, EP_RX_VALID);
    }   
    break;
      
  case CS_SET_ADDRESS:
    SetEPR_TXStatus(ENDP0, EP_TX_NAK);
    SetEPR_RXStatus(ENDP0, EP_RX_VALID);

    SetDADDR(0x0080 | vsDeviceInfo.bDeviceAddress);
    vsDeviceInfo.eDeviceState = DS_ADDRESSED;   
    break;

  case CS_SET_CONFIGURATION:
    SetEPR_TXStatus(ENDP0, EP_TX_NAK);
    SetEPR_RXStatus(ENDP0, EP_RX_VALID);

    vsDeviceInfo.eDeviceState = DS_CONFIGURED;
    break;
  
  default:
    break;
  }
}
再这如果响应GET_DESCRIPTOR请求发送的数据如果全部发送完毕，SETUP0_TransData()返回RESULT_SUCCESS，并设置TX状态为NAK；否则返回RESULT_LASTDATA，将继续发送剩余的数据直到数据全部被发送。至此，整个的GET_DESCRIPTOR请求过程完成。
0长度的数据请求在发送0长度数据响应后，因为不存在可能还未传送的数据，因而IN事件后直接结束此次请求。
在数据方向为USB主机->USB设备时，如果正确接收到数据，将响应CTR_OUT0()函数，处理过程类同CTR_IN0()函数。
在USB设备的枚举过程中，USB的一些描述符数据结构需要了解，具体在USB协议中有详细的说明，在usb_desc(.c/.h)文件中，定义了这些结构，这些结构是特定的：

设备描述符：长度、格式固定，其中VENDOR_ID与PRODUCT_ID决定上位机驱动的识别。设备分属类别决定了设备的性质，如果为自定义USB设备，设备分属类别值为0，同时上位机驱动必须配合编写；如果为标准USB设备，则必须使用这些标准设备的驱动、数据结构等等，条件是你必须了解这些标准设备的一些信息，好处是省去一些麻烦的驱动编写。
const unsigned char cbDescriptor_Device[DESC_SIZE_DEVICE] =
{
  DESC_SIZE_DEVICE,     // bLength: 18
  DESCRIPTOR_DEVICE,    // descriptor type

  0x00,            // bcdUSB LSB: USB release number -> USB2.0
  0x02,       // bcdUSB MSB: USB release number -> USB2.0

  0x00,         // bDeviceClass:    Class information in the interface descriptors
  0x00,       // bDeviceSubClass:
  0x00,       // bDeviceProtocol:
  0x40,       // bMaxPacketSize0:  LowS(8), FullS(8,16,32,64), HighS(64)

  LOWORD(VENDOR_ID),       // idVendor LSB:
  HIWORD(VENDOR_ID),       // idVendor MSB:

  LOWORD(PRODUCT_ID),      // idProduct LSB:
  HIWORD(PRODUCT_ID),      // idProduct MSB:

  LOWORD(DEVICE_VERSION),  // bcdDevice LSB:
  HIWORD(DEVICE_VERSION),  // bcdDevice MSB:

  0x01,       // iManufacturer: Index of string descriptor describing manufacturer
  0x02,       // iProduct: Index of string descriptor describing product
  0x03,       // iSerialNumber: Index of string descriptor describing the device serial number

  0x01        // bNumConfigurations: number of configurations
};

配置描述符：前9个字节格式固定，后面紧跟的各种描述结构跟实际配置有关，每增加一种描述结构，该描述结构的第一字节说明了结构的长度，第二直接说明了结构的类型。在配置描述符中一般包含配置描述、接口描述、端点描述，如果需要同样可增加自定义的描述。使用标准USB设备类别时，配置描述符的结构也必须满足此类标准设备的数据结构。
const unsigned char cbDescriptor_Config[DESC_SIZE_CONFIG] =
{
  // Descriptor of configuration
  0x09,                   // lengths   
  DESCRIPTOR_CONFIG,      // descriptor type

  DESC_SIZE_CONFIG,       // Total configuration descriptor lengths LSB
  0x00,                   // Total configuration descriptor lengths MSB

  0x01,       // bNumInterfaces: Total number of interfaces
  0x01,       // bConfigurationValue: Configuration value
  0x00,       // iConfiguration: Index of string descriptor describing the configuration
  
  0xA0,       // bmAttributes: bus powered
                        // bit 4...0 : Reserved, set to 0
                        // bit 5     : Remote wakeup (1:yes)
                        // bit 6     : Self power (1:yes)
                        // bit 7     : Reserved, set to 1

  0x32,       // bMaxPower: this current is used for detecting Vbus = 100mA


  // Descriptor of interface
  0x09,
  DESCRIPTOR_INTERFACE,

  0x00,       // bInterfaceNumber: Number of Interface
  0x00,       // bAlternateSetting: Alternate setting

  0x02,       // bNumEndpoints: Number of endpoints except EP0
  0x00,       // bInterfaceClass:
  0x00,       // bInterfaceSubClass:
  0x00,       // nInterfaceProtocol:

  0x00,       // iInterface: Index of string descriptor describing the interface


  // Descriptor of endpoint1 OUT
  0x07,
  DESCRIPTOR_ENDPOINT,

  0x01,       // bEndpointAddress
              // bit 3...0 : the endpoint number
              // bit 6...4 : reserved
              // bit 7     : 0(OUT), 1(IN)

  0x03,       // bmAttributes
              // bit 1...0 : Transfer type
              //                00(CONTROL), 01(ISOCHRONOUS), 10(BULK), 11(INTERRUPT)
              // bit 3...2 : Synchronization type
              //                00(No Synch), 01(Asynchronous), 10(Adaptive), 11(Synchronous)
              // bit 5...4 : Endpoint Usage type
              //                00(data), 01(Feedback), 10(Implicit feedback data endpoint), 11(Reserved)
              // bit 7...6 : Reserved, must be zero

  0x40,       // packet size LSB
  0x00,       // packet size MSB

  0x20,        // polling interval time: 32ms

  // Descriptor of endpoint2 IN
  0x07,
  DESCRIPTOR_ENDPOINT,

  0x82,       // bEndpointAddress
              // bit 3...0 : the endpoint number
              // bit 6...4 : reserved
              // bit 7     : 0(OUT), 1(IN)

  0x03,       // bmAttributes
              // bit 1...0 : Transfer type
              //                00(CONTROL), 01(ISOCHRONOUS), 10(BULK), 11(INTERRUPT)
              // bit 3...2 : Synchronization type
              //                00(No Synch), 01(Asynchronous), 10(Adaptive), 11(Synchronous)
              // bit 5...4 : Endpoint Usage type
              //                00(data), 01(Feedback), 10(Implicit feedback data endpoint), 11(Reserved)
              // bit 7...6 : Reserved, must be zero

  0x40,       // packet size LSB
  0x00,       // packet size MSB

  0x20        // polling interval time: 32ms
};

字符串描述符：定义了与设备有关的一些信息，常见的为以下四种，如果有需要，同样可以定义自己的字符串描述符。
const unsigned char cbDescriptor_StringLangID[DESC_SIZE_STRING_LANGID] =
{
  DESC_SIZE_STRING_LANGID,  // bLength
  DESCRIPTOR_STRING,        // bDescriptorType = String Descriptor
   
  0x09,                                  // LangID LSB:
  0x04                                  // LangID MSB: 0x0409(U.S. English)
};

const unsigned char cbDescriptor_StringVendor[DESC_SIZE_STRING_VENDOR] =
{
  DESC_SIZE_STRING_VENDOR,  // bLength
  DESCRIPTOR_STRING,        // bDescriptorType = String Descriptor

  // String: "LaBiXiaoXiaoXin"
  'L',0, 'a',0, 'B',0, 'i',0, 'X',0, 'i',0, 'a',0, 'o',0,
   'X',0, 'i',0, 'a',0, 'o',0, 'X',0, 'i',0, 'n',0
};

const unsigned char cbDescriptor_StringProduct[DESC_SIZE_STRING_PRODUCT] =
{
  DESC_SIZE_STRING_PRODUCT, // bLength
  DESCRIPTOR_STRING,        // bDescriptorType = String Descriptor

    // String: "STM32 ezUSB-CORE V1.01"
  'S',0, 'T',0, 'M',0, '3',0, '2',0, ' ',0, 'e',0, 'z',0, 'U',0, 'S',0, 'B',0,
  '-',0, 'C',0, 'O',0, 'R',0, 'E',0, ' ',0, 'V',0, '1',0, '.',0, '0',0, '1',0
};

const unsigned char cbDescriptor_StringSerial[DESC_SIZE_STRING_SERIAL] =
{
  DESC_SIZE_STRING_SERIAL,  // bLength
  DESCRIPTOR_STRING,        // bDescriptorType = String Descriptor

    // String: "ezUSB-CORE Demo 2008/11/18"
  'e',0, 'z',0, 'U',0, 'S',0, 'B',0, '-',0, 'C',0, 'O',0, 'R',0, 'E',0, ' ',0,
  'D',0, 'e',0, 'm',0, 'o',0, ' ',0, '2',0, '0',0, '0',0, '8',0, '/',0, '1',0, '1',0, '/',0, '1',0, '8',0
};

了解这些描述符的用法以及作用，最好的方法的是编写自定义的USB上位机驱动以及应用程序，这样你可以深刻了解USB设备与主机间的数据交换方式以及实现手段，下篇将开始介绍USB上位机驱动以及应用程序的编写以及开发环境的建立，STM32 USB设备的固件程序如有什么疑问，请朋友们多花几分种时间留言、讨论，共同学习与进步。

xugang

好文！