STM32CubeMX系列教程25:USB Device

本章不打算详细讲解USB的协议，本章只是介绍如何通过STM32CubeMX软件生成应用程序。

在看本教程之前建议先看ST官方关于USB的培训视频，示例

http://www.stmcu.com.cn/videos.html

一、USB简介

stm32F746系列芯片有USB_OTG_FS和USB_OTG_HS两种接口，FS为全速，速度12M Bit/s，HS为高速，*高速度为480M Bit/s，此时需要外接USB HS PHY，例如USB3300。HS接口也可以作为FS接口使用。由于FS和HS接口使用是相同的USB设备库，只是初始化时配置的引脚不一样，本章以FS接口为例讲解USB设备库的使用。以下为USB OTG FS的电路图：

USB只要由USB_DM和USB_DP两根线差分传输。OTG_ID线用来判断为主设备或时从设备的，作为OTG设备的时候使用。MIC2025/75为USB电源管理芯片，当作为设备是，从外部取电源，VBUSEN（PE2）要设置为高。当作为主机时，要拉低，USB口输出电压给从设备。

二、USB CDC

这一节介绍usb作为通讯设备类（Communication Device Class）,通过USB虚拟串口通信。程序在LCD滚动显示字符工程的基础上修改，复制工程修改文件夹名。打开STM32cubeMX的工程文件重新配置，USB_OTG_FS选择设备。

配置系统时钟为216MHz，USB的时钟频率为48MHz.

开启USB中间件，选择虚拟串口。

USB参数配置中 VBUS sensing 选择失能，其他为默认设置。

中间件USB设备配置也不用修改，默认的配置。

设备描述符设置也不需修改，为默认设置。

软件会默认开启USB中断，此处也为默认优先级，不作修改。

生成报告以及初始化代码，编译程序。工程中多出如下文件，其中*后四个为USB设备的库文件。

usb_device.c里面仅包含一个USB设备函数初始化函数MX_USB_DEVICE_Init(),在程序开始时调用。

usbd_cdc_if.c为USB的CDC类应用层文件，里面包含虚拟串口的接收，发送和控制等函数。

usb_desc.c包含USB的描述符，以及USB枚举处理等函数。

usb_conf.com为USB管脚配置文件，包含引USB引脚初始化以及参数设置，中断回调函数等。

打开usbd_cdc_if.c文件，找到虚拟串口接收函数。1staticint8_t CDC_Receive_FS (uint8_t* Buf, uint32_t *Len)2{3/* USER CODE BEGIN 6 */4USBD_CDC_SetRxBuffer(hUsbDevice_0, &Buf[0]);5USBD_CDC_ReceivePacket(hUsbDevice_0);6return(USBD_OK);7/* USER CODE END 6 */8}

修改接收处理函数，接收到的字符打印输出在LCD屏幕上。

1staticint8_t CDC_Receive_FS (uint8_t* Buf, uint32_t *Len)2{3/* USER CODE BEGIN 6 */4uint8_t result = USBD_OK;5uint8_t msg[Len[0]+1];6uint32_t i;7result = USBD_CDC_ReceivePacket(&hUsbDeviceFS);8for(i=0;i

如下为发送函数，程序中先设置发送字符，然后发送包。这里注意一点，Cube软件初始化的USB结构体是hUsbDeviceFS，这里操作的结构体是hUsbDevice_0。故这个函数不能直接调用，必须先CDC_Init_FS()函数初始化才能用这个函数，初始化中包含有这个语句hUsbDevice_0=&hUsbDeviceFS。

1uint8_t CDC_Transmit_FS(uint8_t* Buf, uint16_t Len)2{3uint8_t result = USBD_OK;4/* USER CODE BEGIN 7 */5USBD_CDC_SetTxBuffer(hUsbDevice_0, Buf, Len);6result = USBD_CDC_TransmitPacket(hUsbDevice_0);7/* USER CODE END 7 */8returnresult;9}

本教程不调用这个发送函数。在main函数中while循环中添加语法每秒发送一次字符串。

01/* USER CODE BEGIN WHILE */02while(1)03{04/* USER CODE END WHILE */0506/* USER CODE BEGIN 3 */07USBD_CDC_SetTxBuffer(&hUsbDeviceFS, (uint8_t*)&UserTxBuffer,sizeof(UserTxBuffer));08USBD_CDC_TransmitPacket(&hUsbDeviceFS);0910HAL_Delay(1000);11}12/* USER CODE END 3 */

在前面声明发送字符串。1/* USER CODE BEGIN 1 */2uint8_t UserTxBuffer[] ="WaveShare Open7XXI-C Board STM32 Virtual COM Port Driver rn";3/* USER CODE END 1 */

在main函数中，while循环前面添加程式初始化LCD。01/* USER CODE BEGIN 2 */02/* Initialize the SDRAM */03BSP_SDRAM_Init();04/* Initialize the LCD */05BSP_LCD_Init();0607BSP_LCD_SetLayerVisible(1, DISABLE);08BSP_LCD_SelectLayer(0);0910/* Initialize LCD Log module */11LCD_LOG_Init();1213/* Show Header and Footer texts */14LCD_LOG_SetHeader((uint8_t *)"Waveshare Electronics");15LCD_LOG_SetFooter((uint8_t *)"WaveShare Open7XXI-C board");16/* USER CODE END 2 */

*后添加usbd_cdc.h头文件。

1/* USER CODE BEGIN Includes */2#include "stm32746g_sdram.h"3#include "stm32746g_LCD.h"4#include "lcd_log.h"5#include "usbd_cdc.h"6/* USER CODE END Includes */

*后编译程序，并下载到开发板，电脑usb线接到Open746I-C的核心板的USB接口中。打开串口助手会接到开发板发送的字符串，串口助手发送的字符会在LCD上显示。设置的串口传输格式是无效的，程序中没有设置串口传输格式，可以修改usbd_cdc_if.c文件的CDC_Control_FS()函数设置。

注：电脑要安装ST虚拟串口驱动才能设别虚拟串口。

三、USB HID

本节介绍USB作为人机接口设备（Human Interface Device），开发板模拟鼠标设备。

复制上一节的工程文件，修改文件夹名。打开STM32cubeMX的工程文件重新配置，USB_OTG_FS选择设备，USB设备选择Human Interface Device。

USB参数配置中 VBUS sensing 选择失能，其他为默认设置。

USB设备中间层不需要修改，为默认设置。

生成报告以及初始化代码，编译程序。工程中多出如下文件，其中*后四个为USB设备的库文件。

和前面的CDC对比一下，发现USB设备库文件中，usbd_cdc.c替换为usbd_hid.c文件。usbd_cdc_if.c为CDC应用层文件也去掉了。

删掉原来的应用程序，重新编写应用程序。在main.c文件*后面添加应用程序。程序GetPointerData()为读取五向摇杆按键状态更新坐标，CURSOR_STEP为每次移动的步长，输入参数为当前的坐标位置。

01/* USER CODE BEGIN 4 */02/**03* @brief Gets Pointer Data.04* @param pbuf: Pointer to report05* @retval None06*/07staticvoidGetPointerData(uint8_t *pbuf)08{09int8_t x = 0, y = 0 ;1011switch(BSP_JOY_GetState())12{13caseJOY_LEFT:14x -= CURSOR_STEP;15break;1617caseJOY_RIGHT:18x += CURSOR_STEP;19break;2021caseJOY_UP:22y -= CURSOR_STEP;23break;2425caseJOY_DOWN:26y += CURSOR_STEP;27break;2829default:30break;31}32pbuf[0] = 0;33pbuf[1] = x;34pbuf[2] = y;35pbuf[3] = 0;36}3738/**39* @brief SYSTICK callback.40* @retval None41*/42voidHAL_SYSTICK_Callback(void)43{44/* NOTE : This function Should not be modified, when the callback is needed,45the HAL_SYSTICK_Callback could be implemented in the user file46*/47static__IO uint32_t counter=0;48/* check Joystick state every polling interval (10ms) */49if(counter++ == USBD_HID_GetPollingInterval(&hUsbDeviceFS))50{51GetPointerData(HID_Buffer);5253/* send data though IN endpoint*/54if((HID_Buffer[1] != 0) || (HID_Buffer[2] != 0))55{56USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS, HID_Buffer, 4);57}58counter =0;59}60BSP_LED_Toggle(LED1);61}62/* USER CODE END 4 */

HAL_SYSTICK_Callback()为SysTick定时器中断回调函数，时间为1ms。程序中先调用USBD_HID_GetPollingInterval函数读取HID轮询间隔。每隔10MS根据五向摇杆按键更新坐标，并通过USB发到电脑。

添加变量声明

1/* USER CODE BEGIN PV */2/* Private variables ---------------------------------------------------------*/3#define CURSOR_STEP 54uint8_t HID_Buffer[4];5/* USER CODE END PV */

添加usbd_hid.h头文件

1/* USER CODE BEGIN Includes */2#include "stm32746g_sdram.h"3#include "stm32746g_LCD.h"4#include "lcd_log.h"5#include "usbd_hid.h"6/* USER CODE END Includes */

编译程序，并下载到开发板，电脑usb线接到Open746I-C的核心板的USB接口中。按五向遥控按键电脑上的鼠标会移动。

三、USB MSC

本节介绍USB大容量存储设备类（Mass Storage Class），开

发板作为U盘，用SDMMC接SD卡存储数据。

复制上一节CDC的工程文件，修改文件夹名。打开STM32cubeMX的工程文件重新配置，USB_OTG_FS选择设备，USB设备选择Mass Storage Class。

选择SDMMC接口为4线。

配置系统时钟频率为216MHZ，USB,SDMMC频率均为48MHz。

SDMMC添加收发DMA,其他为默认不作修改。

开启SDMMC中断，注意必须开启SDMMC中断，SDMMC的DMA才能正常工作，而且SDMMC中断优先级要比DMA中断要高，且比USB中断高。

增大堆栈空间的大小，否则会程序会触发硬件错误中断(HardFault)。

生成报告以及初始化代码，编译程序。工程中多出如下文件，其中*后七个为USB设备的库文件。

其中usbd_storage_if为应用层文件，里面为USB大容量存储设备类底层操作，包括获取存储器容量，块读写等操作。实际上usbd_storage_if里面这些操作都是空的，需要我们移植底层。由于SD的操作是由电脑同过USB镜像操作的，故开发板程序是不需要移植文件系统的，我们只需在usbd_storage_if文件中添加SD卡的底层操作既可。

打开usbd_storage_if文件，我们只需修改三个函数既可，**个是获取存储器容量大小函数，返回块大小，已经块数目。

01/*******************************************************************************02* Function Name : STORAGE_GetCapacity_FS03* Description :04* Input : None.05* Output : None.06* Return : None.07*******************************************************************************/08int8_t STORAGE_GetCapacity_FS (uint8_t lun, uint32_t *block_num, uint16_t *block_size)09{10/* USER CODE BEGIN 3 */11HAL_SD_CardInfoTypedef info;12int8_t ret = USBD_FAIL;1314// if(BSP_SD_IsDetected() != SD_NOT_PRESENT)15{1617HAL_SD_Get_CardInfo(&hsd1, &info);18*block_num = (info.CardCapacity)/STORAGE_BLK_SIZ - 1;19*block_size = info.CardBlockSize;20ret = USBD_OK;21}22returnret;23/* USER CODE END 3 */24}

第二个是块读取函数，SD卡是通过DMA传输数据。

01/*******************************************************************************02* Function Name : STORAGE_Read_FS03* Description :04* Input : None.05* Output : None.06* Return : None.07*******************************************************************************/08int8_t STORAGE_Read_FS (uint8_t lun,09uint8_t *buf,10uint32_t blk_addr,11uint16_t blk_len)12{13/* USER CODE BEGIN 6 */14int8_t ret = USBD_FAIL;1516// if(BSP_SD_IsDetected() != SD_NOT_PRESENT)17{18/* Read block(s) in DMA transfer mode */19if(HAL_SD_ReadBlocks_DMA(&hsd1,(uint32_t *)buf, blk_addr * STORAGE_BLK_SIZ, STORAGE_BLK_SIZ, blk_len) == SD_OK)20{21ret = USBD_OK;22}2324/* Wait until transfer is complete */25if(ret == USBD_OK)26{27if(HAL_SD_CheckReadOperation(&hsd1, (uint32_t)100000000) != SD_OK)28{29ret = USBD_FAIL;30}31else32{33ret = USBD_OK;34}35}36ret = USBD_OK;37}38returnret;39/* USER CODE END 6 */40}

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