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1、USB解析STM32官方USB例程详解一、USB的“JoyStickMouse”例程结构分析1、例程的结构（1）底层结构包 括5个文件：usb_core.c（USB总线数据处理的核心文件），usb_init.c，usb_int.c（用于端点数据输入输入中断处 理），usb_mem.c（用于缓冲区操作），usb_regs.c（用于寄存器操作）。它们都包含了头文件“usb_lib.h”。在这个头文件中，又 有以下定义：#include usb_type.h#include usb_regs.h#include usb_def.h#include usb_core.h#include usb_ini

2、t.h#include usb_mem.h#include usb_int.husb_lib.h中又包含了七个头文件，其中usb_type.h中主要是用typedef为stm32支持的数据类型取一些新的名称。usb_def.h中主要是定义一些相关的数据类型。还有一个未包含在usb_lib.h中的头文件，usb_conf.h用于USB设备的配置。（2）上层结构上 层结构总共5个文件：hw_config.c（用于USB硬件配置）、usb_pwr.c（用于USB连接、断开操作）、usb_istr.c（直接处理 USB中断）、usb_prop.c（用于上层协议处理，比如HID协议，大容量存储设备协议）

3、、usb_desc.c（具体设备的相关描述符定义和处 理）。可见，ST的USB操作库结构十分清晰明了，我先不准备直接阅读源代码。而是先利用MDK的软件模拟器仿真执行，先了解一下设备初始化的流程。2、设备初始化所做的工作（1）Set_System(void)这个是main函数中首先调用的函数，它位于hw_config.c文件中。它的主要功能是初始化时钟系统、使能相关的外围设备电源。配置了JoyStickMouse所用到的5个按键，并且配置了两个EXTI中断，一个是用于把USB从挂起模式唤醒，还有一个用途未知。（2）USB_Interrupts_Config();这个是main函数中调用的第二个函

4、数，它也位于hw_config.c文件中。主要功能是配置USB所用到的中断。跟踪到代码中，主要设配置了USB低优先级中断和唤醒中断，又有一个EXTI中断功能未知。（3）Set_USBClock()这个是main函数中调用的第三个函数，它也位于hw_config.c文件中。它的功能是配置和使能USB时钟。（4）USB_Init(void)这个是main函数中调用的第四个函数，它也位于usb_init.c文件中。它初始化了三个全局指针，指向DEVICE_INFO、USER_STANDARD_REQUESTS和DEVICE_PROP结构体。后面两个是函数指针结构体，里面都是USB请求实现、功能实现的

5、函数指针。void USB_Init(void)pInformation = &Device_Info;pInformation-ControlState = 2;pProperty = &Device_Property;pUser_Standard_Requests = &User_Standard_Requests;/* Initialize devices one by one */pProperty-Init();这三个结构体都是与具体设备枚举和功能实现相关的，定义在usb_prop.c和usb_desc.c文件中。DEVICE_PROP Device_Property =Joysti

6、ck_init,Joystick_Reset,Joystick_Status_In,Joystick_Status_Out,Joystick_Data_Setup,Joystick_NoData_Setup,Joystick_Get_Interface_Setting,Joystick_GetDeviceDescriptor,Joystick_GetConfigDescriptor,Joystick_GetStringDescriptor,0,0x40 /*MAX PACKET SIZE*/;USER_STANDARD_REQUESTS User_Standard_Requests =Joys

7、tick_GetConfiguration,Joystick_SetConfiguration,Joystick_GetInterface,Joystick_SetInterface,Joystick_GetStatus,Joystick_ClearFeature,Joystick_SetEndPointFeature,Joystick_SetDeviceFeature,Joystick_SetDeviceAddress;Usb_init()函数调用pProperty-Init()（实质上就是Joystick_init）完成设备的初始化。上层程序调用下次函数是常规性的操作。而下层函数（usb_

8、init相对于usb_prop是输入底层操作文件）调用上层文件函数我们称之为回调。回调函数的意义在于同一种操作模式、提供不同的回调函数则可以实现不同的功能。Windows中处理消息，好像也用到了这种模式。回调函数的实现方法是函数指针数组。这是指针的高级应用。这是函数的代码：void Joystick_init(void)/* Update the serial number string descriptor with the data from the uniqueID*/Get_SerialNum();/获取设备序列号，转变为unicode字符串pInformation-Current_C

9、onfiguration = 0;/* Connect the device */PowerOn();/连接USB设备，实质是能让主机检测到了。/* USB interrupts initialization */_SetISTR(0);/* clear pending interrupts */wInterrupt_Mask = IMR_MSK;_SetCNTR(wInterrupt_Mask); /* set interrupts mask */bDeviceState = UNCONNECTED;实质上，代码执行到这里，开发板已经可以响应主机发来的数据了。但我还是先把main（）函数的代

10、码看完吧。（5）SysTick_Config();这个函数调用主要是为程序中用到的精确延时作配置。3、进入主循环进入主循环的工作就两个：Joystick_Send(JoyState()。JoyState()用来获取按键的状态。Joystick_Send(JoyState()用来把按键状态发到主机。当然这里真正的发送工作并不是由该代码完成的。它的工作只是将数据写入IN端点缓冲区，主机的IN令牌包来的时候，SIE负责把它返回给主机。主要代码如下：UserToPMABufferCopy(Mouse_Buffer, GetEPTxAddr(ENDP1), 4);/从用户复制四个字节到端点1缓冲区，控制

11、端点的输入缓冲区。SetEPTxValid(ENDP1); /* enable endpoint for transmission */4、中断处理过程大致理解（1）usb_istr()函数中的中断处理简单分析有用的代码大概以下几段，首先是处理复位的代码，调用设备结构中的复位处理函数。wIstr = _GetISTR();if (wIstr & ISTR_RESET & wInterrupt_Mask)_SetISTR(u16)CLR_RESET); /清复位中断Device_Property.Reset();处理唤醒的代码：if (wIstr & ISTR_WKUP & wInterrupt

12、_Mask)_SetISTR(u16)CLR_WKUP);Resume(RESUME_EXTERNAL);处理总线挂起的代码：if (wIstr & ISTR_SUSP & wInterrupt_Mask)if (fSuspendEnabled) /* check if SUSPEND is possible */Suspend();else/* if not possible then resume after xx ms */Resume(RESUME_LATER);/* clear of the ISTR bit must be done after setting of CNTR_FS

13、USP */_SetISTR(u16)CLR_SUSP);处理端点传输完成的代码，这段是最重要的，它调用底层usb_int.c（）文件中的CTR_LP（）函数来处理端点数据传输完成中断。if (wIstr & ISTR_CTR & wInterrupt_Mask)CTR_LP(); /* servicing of the endpoint correct transfer interrupt */二、STM32处理器的USB接口1、接口模块的内部结构在书上有一个很好的USB内部接口模块内部结构图，比较好的解释了各个模块之间的关系，我这里试着用我自己的理解阐述一下吧。首先在总线端（与D+、D-相

14、连的那一端），通过模拟收发器与SIE连接。SIE(串行接口控制器)使用48MHz的专用时钟。与SIE相关的的有三大块：CPU内部控制、中断和端点控制寄存器，挂起定时器（这个好像是USB协议的要求，总线在一定时间内没有活动，SIE模块能够进入SUSPEND状态以节约电能），还有包缓冲区接口模块。说到包缓冲区接口模块，这个对应的含义是，USB设备应该提供USB包缓冲区。这块缓冲区同时受到SIE和CPU核心的控制，用于CPU与SIE共享达到数据传输的目的。所以CPU通过APB1总线接口访问，SIE通过包缓冲区接口模块访问，中间通过Arbiter来协调访问。当然我们关注的中心点是控制、中断和端点控制寄

15、存器。我们通过这些寄存器来获取总线传输的状态，控制各个端点的状态，并可以产生中断来让CPU处理当前的USB事件。CPU可以通过APB1总线接口来访问这些寄存器。它们使用的都是PCLK1时钟。2、USB模块的寄存器认识（1）控制寄存器CNTR传输完成中断允许位。CTRM，1有效，如果SIE置位传输完成标志，则相应的数据传输完成中断发生。第15位包缓冲区溢出中断允许位错误中断允许位唤醒中断允许位。WKUPM。1有效，如果唤醒请求标志位置位，则产生唤醒中断。挂起中断允许位。SUSPM，1有效，当总线挂起标志置位时，发生挂起中断。复位中断允许位。RESETM。1有效，软件强制复位和总线复位信号，都能触

16、发复位中断。帧首中断允许位期望帧首中断允许位。ESOFM。它的含义是没有收到帧首信号，允许发生中断。第8位 向主机发送的唤醒请求，RESUME。1有效，主机收到该信号，将唤醒设备。这个由软件置位。第4位强制挂起控制，FSUSP。1有效。与由于总线无活动引起挂起的效果相同。低功耗模式。前提是先进入挂起状态。由软件设置，一般又硬件复位（被唤醒后自动清零）。断电模式控制位。PDWN。此位为1时，USB模块关闭。强制复位控制。FRES。与总线上的复位信号产生相同的效果。也能产生复位中断.第0位。（2）中断状态寄存器ISTR这个寄存器主要是反映USB模块当前的状态的。第15-8为与控制寄存器的中断允许是

17、意义对应的。相应的标志位置位，且中断未屏蔽，则向CPU发出对应的中断。CTR标志，数据传输完成后硬件置1.PMAOVR标志ERR标志WKUP请求，总线检测到主机唤醒请求时由硬件置位。SUSP请求标志位。RESET请求标志位。SOF帧首标志ESOF，期待帧首标志。 DIR传输方向，此位由硬件控制。IN时为0，OUT为1.第4位。发生数据传输的端点的地址。（3） USB设备地址寄存器第7位，EF，USB模块允许位。如果EF=0，则USB模块将停止工作。第6-0位。USB当前使用的地址。复位时为0.（4）端点状态和配置寄存器，8个寄存器，支持8个双向端点和16个单向端点。 CTR_RX,正确接收标志

18、位。第15位。DTOG_RX，用于检测的数据翻转位。一般由硬件自动设置，软件写1可使其手动翻转。STAT_RX，占据两位。00表示该端点不可用，无回应。01表示响应STALL10响应NAK11表示端点有效，可接收数据。SETUP标志。收到SETUP令牌包时置位。用户收到数据后需检查次位。第11位。EP_TYPE，两位，表示端点类型。00表示批量端点。01表示控制端点10表示等时端点。11表示中断端点。EP_KIND，端点特殊类型。在EP_TYPE=01时，表示设备期望主机的0字节状态包。CTR_TX。正确发送标志。主机的IN包之后。第7位。DTOG_TX，用于检测的数据翻转位。一般由硬件自动设

19、置，软件写1可使其手动翻转。STAT_TX，占据两位。00表示该端点不可用，无回应。01表示响应STALL10响应NAK11表示端点有效，可发送数据。端点地址：EA【3：0】，表明该寄存器对应的端点号码。比如1、2号寄存器都可以对应端点1（在双缓冲情况下）。第3-0位。 （5）端点描述符表相关寄存器首先有一个描述符表地址寄存器，指明了包缓冲区内端点描述符表的地址。每一个端点都对应一个描述附表。描述符表也在包缓冲区内。每个端点寄存器对应的描述符表的地址可根据公式计算。单缓冲、双向的端点描述符表有四项，每项占据两个字节：分别是端点n的发送缓冲区地址、发送字节数、接收缓冲区地址、接收字节数。了解US

20、B相关寄存器的知识以后，接下来就可以分析“JoyStickMouse”详细的工作过程了。三、USB的“JoyStickMouse”工作过程详细分析1、初始化过程叙述从main（）函数开始（1）Set_System(void)的工作过程由于这些代码都是采用库代码，所以我主要分析每个代码具体做了什么工作。有些常用、类似的代码这里就不列出来了。先将RCC部分复位，系统使用内部振荡HSI，8MHzRCC_DeInit();。使能HSERCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);设置HCLK = SYSCLKRCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);设置PCLK2，PCLK

21、1RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);设置PLL，使能PLLPLL采用HSE，输出=HSE X 9；RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);系统时钟采用PLL输出RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);使能PWR控制，目的是为了控制CPU的低功耗模式；将所有输入口初始化为模拟输入GPIO_AINConfig();使能USB上拉控制GPIO端口的时钟，这个端口设置为低电平时，USB外设会被集线器检测到，并报告给主机，这也是设备枚举的开始；将这个端口的模式设置为开漏

22、输出；初始化上下左右四个按键为上下拉输入；配置GPIOG8为EXTI8中断输入引脚，这个是在外部按键输入引起中断。配置EXTI18中断。这个是发生USB唤醒事件时用。EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line18; / USB resume from suspend modeEXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising;EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);（2）USB_Interrupts

23、_Config(void)的工作过程设置向量表位置在FLASH起始位置NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH, 0x00);设置优先级分组，1位用于抢占组级别。其余用于子优先级NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);接下来配置、使能了三个中断，包括USB低优先级中断、USB唤醒中断（EXTI18）、和EXTI8（按键控制）中断。它的优先级设置有些问题，明明只有一位用于抢占优先级。它把EXTI8的抢占优先级设为2。结果在调试时发现，它的抢占优先级仍然是0。（3）Set_USBClock()的工作过程这个代

24、码就两句话：RCC_USBCLKConfig(RCC_USBCLKSource_PLLCLK_1Div5);RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USB, ENABLE);作用是设置并使能USB时钟，从RCC输出可以看到，USB时钟是48MHz。（4）USB_Init()的工作过程void USB_Init(void)pInformation = &Device_Info;pInformation-ControlState = 2;pProperty = &Device_Property;/这个是设备本身支持的属性和方法pUser_Standard_Req

25、uests = &User_Standard_Requests; /这个是主机请求的实现方法。pProperty-Init(); /回调设备的初始化例程。这个主要是初始化了三个全局结构体指针，pInformation表明当前连接的状态和信息，pProperty表明设备支持的方法，pUser_Standard_Requests是主机请求实现的函数指针数组。Device_Info是一个结构体，包括11个成员变量。这里是将它的ControlState设为2，意义现在还不十分明了。typedef struct _DEVICE_INFOu8 USBbmRequestType;/* bmRequestTy

26、pe */u8 USBbRequest;/* bRequest */u16_u8 USBwValues;/* wValue */u16_u8 USBwIndexs;/* wIndex */u16_u8 USBwLengths;/* wLength */u8 ControlState;/* of type CONTROL_STATE */u8 Current_Feature;u8 Current_Configuration;/* Selected configuration */u8 Current_Interface;/* Selected interface of current confi

27、guration */u8 Current_AlternateSetting;/* Selected Alternate Setting of currentinterface*/ENDPOINT_INFO Ctrl_Info;/端点信息结构体DEVICE_INFO;最后调用pProperty-Init()，实质就是调用Joystick_init(void)。在这个函数中，首先获取设备版本，并转换为Unicode存入版本号字符串。Get_SerialNum();设备当前配置置为0。然后调用PowerOn()，这个函数实质上将D+上拉，此时USB设备就能被集线器检测到了。因此分析进入下一个流程。

28、2、进入设备检测状态（1）在PowerOn()中执行的情况。在USB_init（）中调用PowerOn()，而它先调用USB_Cable_Config(ENABLE)，这个函数实质上将USB连接控制线设置为低电平，然后设备就可以检测到设备了。当集线器报告设备连接状态，并收到主机指令后，会复位USB总线，这需要一定的时间（这段时间内设备应该准备好处理复位指令）。但是现在设备初始化程序将继续往下进行，因为它还没有使能复位中断。wRegVal = CNTR_FRES;_SetCNTR(wRegVal);/这句话实际上使能了USB模块的电源，因为上电复位时，CNTR寄存器的断电控制为PDWN位是1，模

29、块是断电的。这句话虽然将强制复位USB模块，但由于复位中断允许位没有使能，不会引起复位中断，而间接上由使PDWN=0，模块开始工作。_SetCNTR是一个宏，将wRegVal赋值给CNTR寄存器，此时所有的中断被屏蔽。再接下来两句指令又将清除复位信号。然后清除所有的状态位。_SetISTR(0);接下来是很关键的两句话：wInterrupt_Mask=CNTR_RESETM| CNTR_SUSPM | CNTR_WKUPM;_SetCNTR(wInterrupt_Mask);后面一个语句执行后，复位中断已经被允许，而此时集线器多半已经开始复位端口了。或者说稍微有限延迟，设备固件还能继续初始化一

30、些部件，但已经不会影响整个工作流程了。所以接下来，分析直接进入复位中断。（2）复位中断的处理。当复位中断允许、且总线被集线器复位的时候，固件程序进入USB_LP中断。中断程序直接调用USB_Istr(void)程序。接下来讲对中断位进行判断：if (wIstr & ISTR_RESET & wInterrupt_Mask)_SetISTR(u16)CLR_RESET);/先清除复位中断位Device_Property.Reset();/进入设备定义的复位过程。实际上是调用JoyStick_Reset（）函数进行处理。（3）JoyStick_Reset（）函数的处理。这里将一句句来分析：void Joystick_Reset(void)pInformation-Current_Configuration = 0;/当前配置为0pInformation-Current_Interface = 0;/当前接口为0pInformation-Current_Feature = Joystick_ConfigDescriptor7;