使用M62板子實(shí)現USB的設備開(kāi)發(fā)

01介紹

前面寫(xiě)過(guò)兩遍關(guān)于 USB 協(xié)議基礎的帖子，如果對 USB 協(xié)議不了解，可以去看看下列的基礎內容。

這篇開(kāi)始使用 M62 板子來(lái)實(shí)現 USB 的設備開(kāi)發(fā)，首先從最簡(jiǎn)單的 USB HID 鍵盤(pán)開(kāi)始。固件的 SDK 使用的是 CherryUSB 開(kāi)源 USB 固件。CherryUSB 是一個(gè)小而美的、可移植性高的、用于嵌入式系統的 USB 主從協(xié)議棧。設備端的協(xié)議執行流程如下圖：

02描述符

CherryUSB 實(shí)現好了一套 USB 的設備協(xié)議，只需要使用的 CheryyUSB 提供的接口調用就可以實(shí)現想要的 USB 設備了。首先應該為 USB 設備填描述符。描述符的種類(lèi)很多，先得理解他們的含義。

設備(Device) ：就是一個(gè)實(shí)實(shí)在在的 USB 設備，比如 USB 鼠標，U 盤(pán)。

配置(Configuration)：一個(gè) USB 設備可以有多種配置。比如 4G 上網(wǎng)卡就有 2 種配置：U 盤(pán)、上網(wǎng)卡。第 1 次把 4G 上網(wǎng)卡插入電腦時(shí)，它是一個(gè) U 盤(pán)，可以安裝里面的程序。裝好程序后，把它再次插入電腦，它就是一個(gè)上網(wǎng)卡。驅動(dòng)程序可以選擇讓它工作于哪種配置，同一時(shí)間只能有一種配置有效。大多數的 USB 設備只有一種配置。

接口(Interface) ：每個(gè)配置下可以有多個(gè)接口，這個(gè)接口不是硬件上的接口，可以把這個(gè)接口理解為功能，一個(gè)接口就代表該設備當前支持的一種功能。

端點(diǎn)(Endpoint) ：每個(gè)接口可以有多個(gè)端點(diǎn)。USB 主機和設備就是通過(guò)端點(diǎn)進(jìn)行數據交互的。每個(gè)端點(diǎn)地址對應一個(gè)方向，例如端點(diǎn) 2-IN，端點(diǎn) 2-OUT，這兩個(gè)含義完全不同。

對于 HID 設備來(lái)說(shuō)還有 HID 描述符和 HID 報告描述符。

HID 描述符：描述設備數據包的固定代碼字節數組，包括設備支持多少個(gè)包，包有多大，以及包中每個(gè)字節和比特的含義。

HID 報告描述符：HID 報告描述符是一個(gè)硬編碼的字節數組，用于描述設備的數據包。這包括：設備支持多少數據包，數據包有多大，以及數據包中每個(gè)字節和位的用途。

下面來(lái)一一看看它們都怎么寫(xiě)的。

設備描述符

cherryUSB 中封裝了宏來(lái)定義設備描述符：

詳細說(shuō)說(shuō)字段表示的意思：

配置描述符

cherryUSB 中封裝了宏來(lái)定義配置描述符：

接口描述符

接口描述符是需要自己寫(xiě)成數組的：

端點(diǎn)描述符

HID 描述符

HID 報告描述符

03設備的實(shí)現

在設備連接時(shí)設備端就需要向主機上報各種描述符，主機這時(shí)候就會(huì )識別到設備然后給 USB 設備分配端口（USB 協(xié)議基礎中的設備枚舉）。

連接完成后設備就可以通過(guò) usbd_ep_start_write 函數（cherryUSB 提供的 API）向主機上報數據了。

在主函數中調用它, 如下就實(shí)現了一個(gè)不斷向主機發(fā)送字母 a 的 usb 鍵盤(pán)設備。

為了能和真實(shí)的鍵盤(pán)對應上，這里特意使用矩陣鍵盤(pán)接上板子來(lái)讀取矩陣鍵盤(pán)的鍵值，將對應的鍵值轉換成對應的 hid 報告發(fā)送給電腦端。

硬件的接線(xiàn)順序如下：

在矩陣鍵盤(pán)掃描的 task 里面循環(huán)掃描矩陣鍵盤(pán)，如果按鍵有按下直接轉換成對應的 hid 鍵值：

這些鍵值的定義可以在這里找到：

在 usb 鍵盤(pán)的 task 里面則取接受消息，并把消息發(fā)松給 pc 端。

04USB描述符的查看

Windows 下可以使用 usbview 來(lái)查看 usb 描述符信息，這有利于我們調試分析使用。

05USB協(xié)議調試軟件

usb 協(xié)議相對還是比較復雜的，任何的描述符寫(xiě)錯了都可能導致設備沒(méi)辦法正常的工作。這時(shí)候好用的調試軟件就非常的重要了。

USBlyzer, WireShark 都是可以用來(lái)抓 USB 數據包進(jìn)行分析的。

審核編輯：湯梓紅