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STM32的USB程序JoyStickMouse源码分析

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 houj
发布于 2015/06/17 15:21
字数 8272
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STM32的USB程序JoyStickMouse源码分析

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_init.h"
#include "usb_mem.h"
#include "usb_int.h"
  usb_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)、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 ={
   Joystick_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 ={
   Joystick_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_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 unique
 ID*/
   Get_SerialNum();
   //获取设备序列号,转变为unicode字符串
   pInformation->Current_Configuration = 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_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_FSUSP */
   _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-相连的那一端),通过模拟收发器与SIE连接。SIE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

15 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。
14 包缓冲区溢出中断允许位
13 错误中断允许位
12 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。
11 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。
10 复位中断允许位。RESETM。1有效,软件强制复位和总线复位信号,都能触发复位中断。
9 帧首中断允许位
8 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。
7-5  
4 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。
3 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。
2 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)。
1 断电模式控制位。PDWN。此位为1时,USB模块关闭。
0 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.

(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。
15 CTR标志,数据传输完成后硬件置1
14 包缓冲区溢出中标识
13 错误标识
12 唤醒WKUPM标识
11 挂起SUSP请求标志位。
10 复位中断RESET请求标志位。
9 SOF帧首标志
8 ESOF期待帧首标志。。
7-5   
4 DIR传输方向,此位由硬件控制。IN时为0,OUT为1.
3-0 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。

15 CTR_RX,正确接收标志位。
14 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。
13-12 STAT_RX,占据两位。
  00:该端点不可用,无回应
  01:响应STALL
  10:响应NAK
  11:端点有效,可接收数据。
11 SETUP标志。收到SETUP令牌包时置位。用户收到数据后需检查次位。
10-9 EP_TYPE,两位,表示端点类型。
  00:批量端点
  01:控制端点
  10:等时端点
  11:中断端点
8 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。
7 CTR_TX。正确发送标志。主机的IN包之后。
6 DTOG_TX,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。
5-4 STAT_TX,占据两位。
  00:该端点不可用,无回应
  01:响应STALL
  10:响应NAK
  11:端点有效,可发送数据。
3-0 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)。

(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USB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,8MHz——RCC_DeInit();。
  使能HSE——RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
  设置HCLK = SYSCLK——RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);
  设置PCLK2,PCLK1——RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);
  设置PLL,使能PLL——PLL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 mode
EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising;
EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);

(2)USB_Interrupts_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_Requests = &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_INFO{
   u8 USBbmRequestType;/* bmRequestType */
   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 configuration */
   u8 Current_AlternateSetting;/* Selected Alternate Setting of current interface*/
   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。

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0
   pInformation->Current_Interface = 0;//当前接口为0
   pInformation->Current_Feature = Joystick_ConfigDescriptor[7];//需要总线供电
   SetBTABLE(BTABLE_ADDRESS); //设置包缓冲区地址。
SetEPType(ENDP0, EP_CONTROL);//端点0为控制端点
   SetEPTxStatus(ENDP0, EP_TX_STALL);//端点状态为发送无效,也就是主机IN令牌包来的时候,回送一个STALL。
   SetEPRxAddr(ENDP0, ENDP0_RXADDR); //设置端点0描述符表,包括接收缓冲区地址、最大允许接收的字节数、发送缓冲区地址三个量。
   SetEPTxAddr(ENDP0, ENDP0_TXADDR); //这是发送缓冲区地址
   Clear_Status_Out(ENDP0);//清除EP_KIND的STATUS_OUT位,如果改位被设置,在控制模式下只对0字节数据包相应。其它的都返回STALL。主要用于控制传输的状态过程。
   SetEPRxCount(ENDP0, Device_Property.MaxPacketSize); //接收缓冲区支持64个字节。
   SetEPRxValid(ENDP0);//使能端点0的接收,因为很快就要接收SETUP令牌包后面跟着的数据包了。
   SetEPType(ENDP1, EP_INTERRUPT);//端点1为中断端点。
   SetEPTxAddr(ENDP1, ENDP1_TXADDR); //设置发送缓冲区地址。
   SetEPTxCount(ENDP1, 4);//每次发送四个字节
   SetEPRxStatus(ENDP1, EP_RX_DIS);//接收禁止,只发送Mouse信息,而不从主机接收。
   SetEPTxStatus(ENDP1, EP_TX_NAK); //现在发送端点还不允许发送数据。
   bDeviceState = ATTACHED;//连接状态改为已经连接,默认地址状态。
   SetDeviceAddress(0); //地址默认为0.
}

  复位中断执行完成后,开发板的USB接口能够以默认地址对主机来的数据包进行响应了。这个阶段的分析到此结束,下一个阶段就是正式分析代码实现的枚举过程了。

四、USB的“JoyStickMouse”工作过程详细分析

1、枚举第一步:获取设备的描述符

从USB_init()开始

(1)先要允许数据传输完成中断

在poweron()函数后面紧跟着几句话:
PowerOn();//这句执行完,设备被主机检测到,并且能够响应复位中断了。
_SetISTR(0);/* clear pending interrupts */
 wInterrupt_Mask = IMR_MSK;
 _SetCNTR(wInterrupt_Mask); /* set interrupts mask */
//以上这两句话将允许所有的USB中断

 bDeviceState = UNCONNECTED;//设备状态置位为未连接状态。这里我不太理解。这时候即使复位中断未发生,最起码设备已经算是连接入总线了,为什么这个状态还要设置为“未连接”呢?

(2)主机获取描述符

  主机进入控制传输的第一阶段:建立事务,发setup令牌包、发请求数据包、设备发ACK包。
  主机发出对地址0、端点0发出SETUP令牌包,首先端点0寄存器的第11位SETUP位置位,表明收到了setup令牌包。
  由于此时端点0数据接收有效,所以接下来主机的请求数据包被SIE保存到端点0描述附表的 RxADDR里面,收到的字节数保存到 RxCount里面。
  端点0寄存器的CTR_RX被置位为1,ISTR的CTR置位为1,DIR=1,EP_ID=0,表示端点0接收到主机来的请求数据。此时设备已经ACK主机,将触发正确传输完成中断,下面就进入中断看一看。
_SetISTR((u16)CLR_CTR); /*首先清除传输完成标志 */
EPindex = (u8)(wIstr & ISTR_EP_ID); //获取数据传输针对的端点号。
if (EPindex == 0){//如果是端点0,这里的确是端点0
   SaveRState = _GetEPRxStatus(ENDP0); //保存端点0状态,原本是有效状态。
   SaveTState = _GetEPTxStatus(ENDP0); 
   _SetEPRxStatus(ENDP0, EP_RX_NAK); //在本次数据处理好之前,对主机发来的数据包以NAK回应
   _SetEPTxStatus(ENDP0, EP_TX_NAK); 
   if ((wIstr & ISTR_DIR) == 0){ //如果是IN令牌,数据被取走
      _ClearEP_CTR_TX(ENDP0);
      In0_Process();//调用该程序处理固件数据输出后的工作。
      _SetEPRxStatus(ENDP0, SaveRState);
      _SetEPTxStatus(ENDP0, SaveTState);
      return;
   }else{
      //DIR=1时,要么是SETUP包,要么是OUT包。
      //这里先分析SETUP包。
      wEPVal = _GetENDPOINT(ENDP0);//获取整个端点0状态
      if ((wEPVal & EP_CTR_TX) != 0){//这种情况一般不太可能,
         //如果出现表示同时 TX和RX 同时置位。
      }
      else if ((wEPVal &EP_SETUP) != 0){//我们的程序会执行到这里
         _ClearEP_CTR_RX(ENDP0);
         Setup0_Process(); 
         //主要是调用该程序来处理主机请求。
         _SetEPRxStatus(ENDP0, SaveRState);
         _SetEPTxStatus(ENDP0, SaveTState);
         return;
      }else if ((wEPVal & EP_CTR_RX) != 0){ //暂时不执行的代码先删除掉。
      }
   }

}/* if(EPindex == 0) */
后面处理其他端点的代码就先不看了。
 }/* while(...) */

(3)Setup0_Process()函数的执行分析

  这个函数执行的时候,主机发来的请求数据包已经存在于RxADDR缓冲区了。大部分的标志位已经清除,除了SETUP位,这个味将由下一个令牌包自动清除。
  进入处理函数:
pBuf.b = PMAAddr + (u8 *)(_GetEPRxAddr(ENDP0) * 2); //这是取得端点0接收缓冲区的起始地址。PMAAddr是包缓冲区起始地址,_GetEPRxAddr(ENDP0)获得端点0描述符表里的接收缓冲区地址,为什么要乘以2呢?大概因为描述符表里地址项为16位,使用的是相对偏移。
if (pInformation->ControlState != PAUSE){
   pInformation->USBbmRequestType = *pBuf.b++; //请求类型,表明方向和接收对象(设备、接口还是端点)此时为80,表明设备到主机
   pInformation->USBbRequest = *pBuf.b++; /* 请求代码,第一次时应该是6,表明主机要获取设备描述符。 */
   pBuf.w++;
   pInformation->USBwValue = ByteSwap(*pBuf.w++); /* wValue */
   pBuf.w++;
   //我觉得这里可能有些问题。
   pInformation->USBwIndex = ByteSwap(*pBuf.w++); /* wIndex */
   pBuf.w++; 
   pInformation->USBwLength = *pBuf.w; /* wLength */
}
pInformation->ControlState = SETTING_UP;
if (pInformation->USBwLength == 0){
   NoData_Setup0();
}else{
   Data_Setup0();//这次是有数据传输的,所以有进入该该函数。
}
return Post0_Process();

(4)Data_Setup0()函数的执行分析

CopyRoutine = NULL; //这是一个函数指针,由用户提供。
wOffset = 0;
if (Request_No == GET_DESCRIPTOR){ //如果是获取设备描述符
   if(Type_Recipient==(STANDARD_REQUEST| EVICE_RECIPIENT)){
   u8 wValue1 = pInformation->USBwValue1;
   if (wValue1 == DEVICE_DESCRIPTOR){
      CopyRoutine = pProperty->GetDeviceDescriptor;
   } //获取设备描述符的操作由用户提供。
if (CopyRoutine){
   pInformation->Ctrl_Info.Usb_wOffset = wOffset;
   pInformation->Ctrl_Info.CopyData = CopyRoutine;
   (*CopyRoutine)(0); //这个函数这里调用的目的只是设置了pInformation中需要写入的描述符的长度。
   Result = USB_SUCCESS;
}
if (ValBit(pInformation->USBbmRequestType, 7)){//此时为80
   //上面这个语句主要是判断传输方向。如果为1,则是设备到主机
   vu32 wLength = pInformation->USBwLength; 这个一般是64
   if (pInformation->Ctrl_Info.Usb_wLength > wLength){
      //设备描述符长度18
      pInformation->Ctrl_Info.Usb_wLength = wLength;
   } 
   //有些细节暂时先放着
   pInformation->Ctrl_Info.PacketSize = pProperty->MaxPacketSize;
   DataStageIn();
   //最主要是调用这个函数完成描述符的输出准备
}

(5)DataStageIn()函数的执行分析

以下是主要执行代码:
DataBuffer = (*pEPinfo->CopyData)(Length); //这个是取得用户描述符缓冲区的地址。这里共18个字节
UserToPMABufferCopy(DataBuffer, GetEPTxAddr(ENDP0), Length);//这个函数将设备描述符复制到用户的发送缓冲区。
SetEPTxCount(ENDP0, Length);
//设置发送字节的数目、18
pEPinfo->Usb_wLength -= Length; 等于0
pEPinfo->Usb_wOffset += Length; 偏移到18
vSetEPTxStatus(EP_TX_VALID); //使能端点发送,只要主机的IN令牌包一来,SIE就会将描述符返回给主机。
USB_StatusOut();/* 这个实际上是使接收也有效,主机可取消IN。 */
Expect_Status_Out:
pInformation->ControlState = ControlState;

(6)执行流程返回到CTR_LP(void)

_SetEPRxStatus(ENDP0, SaveRState);
_SetEPTxStatus(ENDP0, SaveTState);
//由于vSetEPTxStatus(EP_TX_VALID)实际改变了SaveTState,所以此时端点发送已经使能。
return;

(7)主机的IN令牌包

  获取描述符的控制传输进入第二阶段,主机首先发一个IN令牌包,由于端点0发送有效,SIE将数据返回主机。
  主机方返回一个ACK后,主机发送数据的CTR标志置位,DIR=0,EP_ID=0,表明主机正确收到了用户发过去的描述符。固件程序由此进入中断。
  此时是由IN引起的。
  主要是调用In0_Process()完成剩下的工作。

(8)追踪进入函数In0_Process()

  此时实际上设备返回描述符已经成功了。
  这一次还是调用DataStageIn()函数,但是目的只是期待主机的0状态字节输出了。
if ((ControlState == IN_DATA) || (ControlState == LAST_IN_DATA)){//第一次取设备描述符只取一次。
   DataStageIn();//此次调用后,当前状态变成WAIT_STATUS_OUT,表明设备等待状态过程,主机输出0字节。
   /* ControlState may be changed outside the function */
   ControlState = pInformation->ControlState;
}//返回时调用Post0_Process(void)函数,这个函数没做什么事。

(9)进入状态过程

  主机收到18个字节的描述符后,进入状态事务过程,此过程的令牌包为OUT,字节数为0.只需要用户回一个ACK。
  所以中断处理程序会进入Out0_Process()。
  由于此时状态为WAIT_STATUS_OUT,所以执行以下这段。
else if (ControlState == WAIT_STATUS_OUT){
   (*pProperty->Process_Status_OUT)();//这是个空函数,什么也不做。
   ControlState = STALLED;
   //状态转为STALLED。
}
  获取设备描述符后,主机再一次复位设备。设备又进入初始状态。

五、USB的“JoyStickMouse”工作过程详细分析

1、枚举第二步:设置地址

(1)重新从复位状态开始

  在第一次获取设备描述符后,程序使端点0的发送和接收都无效,状态也设置为STALLED,所以主机先发一个复位,使得端点0接收有效。虽然说在NAK和STALL状态下,端点仍然可以响应和接收SETUP包。

(2)设置地址的建立阶段:

  主机先发一个SETUP令牌包,设备端EP0的SETUP标志置位。然后主机发了一个OUT包,共8个字节,里面包含设置地址的要求。
  设备在检验数据后,发一个ACK握手包。同时CTR_RX置位,CTR置位。数据已经保存到RxADDR所指向的缓冲区。此时USB产生数据接收中断。
  由于CTR_RX和SETUP同时置位,终端处理程序调用Setup0_Process(),所做的工作仍然是先填充pInformation结构,获取请求特征码、请求代码和数据长度。
  由于设置地址不会携带数据,所以接下来调用NoData_Setup0()。执行以下代码:
else if (RequestNo == SET_ADDRESS){
   Result = USB_SUCCESS;
}
//说明设置地址没有做任何工作。
ControlState = WAIT_STATUS_IN;/* After no data stage SETUP */
USB_StatusIn(); //这句话是一个关键,它是一个宏,实际是准备好发送0字节的状态数据包。因为地址设置没有数据过程,建立阶段后直接进入状态阶段,主机发IN令牌包,设备返回0字节数据包,主机再ACK。
  它对应的宏是这样的:
#define USB_StatusIn() Send0LengthData() //准备发送0字节数据
#define Send0LengthData() { _SetEPTxCount(ENDP0, 0); \
 vSetEPTxStatus(EP_TX_VALID); \ //设置发送有效,发送字节数为0
 }

(3)设置地址的状态阶段:

  而前面把状态设置为WAIT_STATUS_IN是给IN令牌包的处理提供指示。因为建立阶段结束以后,主机接着发一个IN令牌包,设备返回0字节数据包后,进入中断。
  本次中断由IN0_Process()函数来处理,追踪进入,它执行以下代码:
else if (ControlState == WAIT_STATUS_IN){
   if ((pInformation->USBbRequest == SET_ADDRESS) &&(Type_Recipient==(STANDARD_REQUEST|DEVICE_RECIPIENT))){
      SetDeviceAddress(pInformation->USBwValue0);
      pUser_Standard_Requests->User_SetDeviceAddress(); //这个函数就一个赋值语句,bDeviceState = ADDRESSED。 
   }
   (*pProperty->Process_Status_IN)(); //这是一个空函数。
   ControlState = STALLED;
}
  执行设置地址操作、采用新地址后,把设备的状态改为STALLED。而在处理的出口中调用Post0_Process()函数,这个所做的工作是:
SetEPRxCount(ENDP0, Device_Property.MaxPacketSize);
 //将端点0的缓冲区大小设置为64字节
if (pInformation->ControlState == STALLED){
   vSetEPRxStatus(EP_RX_STALL);
   vSetEPTxStatus(EP_TX_STALL);
}
  将端点0的发送和接收都设置为:STALL,这种状态下只接受SETUP令牌包。

2、枚举第三步:从新地址获取设备描述符

(1)上一阶段末尾的状态

端点0的发送和接收都设置为:STALL,只接收SETUP令牌包。

(2)建立阶段:主机发令牌包、数据包、设备ACK

  产生数据接收中断,且端点0的SETUP置位,调用Setup0_Process()函数进行处理。
  在Setup0_Process()中,因为主机发送了请求数据8个字节。由调用Data_Setup0()函数进行处理。首先是获取设备描述符的长度,描述符的起始地址,传送的最大字节数,根据这些参数确定本次能够传输的字节数,然后调用DataStageIn()函数进行实际的数据传输操作,设备描述符必须在本次中断中就写入发送缓冲区,因为很快就要进入数据阶段了。
  在函数处理的最后:
vSetEPTxStatus(EP_TX_VALID);
USB_StatusOut();/* 本来期待IN令牌包,但用户可以取消数据阶段,一般不会用到 */

(3)数据阶段:主机发IN包,设备返回数据,主机ACK

本次操作会产生数据发送完成中断,由In0_Process(void)来处理中断,它也调用DataStageIn()函数来进行处理。
如果数据已经发送完:
ControlState = WAIT_STATUS_OUT;
vSetEPTxStatus(EP_TX_STALL);
//转入状态阶段。
有可能的话:
Send0LengthData();
   ControlState = LAST_IN_DATA;
   Data_Mul_MaxPacketSize = FALSE; //这一次发送0个字节,状态转为最后输入阶段。
  否则,继续准备数据,调整剩余字节数、发送指针位置,等待主机的下一个IN令牌包。

(4)状态阶段:主机发OUT包、0字节包,设备ACK

  数据发送完成中断,调用Out0_Process(void)函数进行处理,由于在数据阶段的末尾已经设置设备状态为:WAIT_STATUS_OUT,所以处理函数基本上没有做什么事,就退出了。并将状态设为STALLED。

3、对配置描述符、字符串描述符获取过程进行简单跟踪,过程就不再一一叙述了。

4、主机设置配置。

  建立阶段:主机发SETUP包、发请求数据包(DATA0包)、用户ACK。
进入CTR中断,用户调用Setup0_Process()函数进行处理,取得请求数据后,由于没有数据传输阶段,该函数调用NoData_Setup0()函数进行处理。
  判断为设置配置后,调用Standard_SetInterface()函数将设备状态结构体的当前配置改为主机数据中的配置参数。同时调用用户的设置配置函数,将设备状态改为“configured”。
退出时,将控制传输状态改为:ControlState = WAIT_STATUS_IN,进入状态阶段。设备期待主机的IN令牌包,返回状态数据。
  状态阶段:主机发IN令牌、设备返回0[size=12p]Setup0_Process()函数进行处理,取得请求数据后,由于没有数据传输阶段,该函数调用NoData_Setup0()函数进行处理。
设置空闲时一个类特殊请求,其特征码为0x21,2表示类请求而不是标准请求,1表示接收对象是接口而不是设备。
USB的底层并不支持类特殊请求,它将调用上层函数提供的函数:
if (Result != USB_SUCCESS){
   Result = (*pProperty->Class_NoData_Setup)(RequestNo); //这里就是调用用户提供的类特殊请求的处理函数。结果发现用户提供的类特殊请求(针对无数据情况)只支持SET_PROTOCOL。针对有数据情况只支持:GET_PROTOCOL。
   if ((Type_Recipient==(CLASS_REQUEST | INTERFACE_RECIPIENT))&& (RequestNo == SET_PROTOCOL)){
      return Joystick_SetProtocol();
   }
}

6、主机获取报告描述符

  建立阶段:主机发SETUP包、发请求数据包(DATA0包)、用户ACK。
  进入CTR中断,获取描述符是一个标准请求,但是报告描述符并不是需要通用实现的,所以在底层函数中没有实现。跟踪Setup0_Process(void)——进入Data_Setup(void)函数,它是这么处理的:
if (Request_No == GET_DESCRIPTOR){
   if(Type_Recipient==(STANDARD_REQUEST| EVICE_RECIPIENT)){
      u8 wValue1 = pInformation->USBwValue1;
      if (wValue1 == DEVICE_DESCRIPTOR){
         CopyRoutine = pProperty->GetDeviceDescriptor;
      }else if (wValue1 == CONFIG_DESCRIPTOR){
         CopyRoutine = pProperty->GetConfigDescriptor;
      }
      else if (wValue1 == STRING_DESCRIPTOR){
         CopyRoutine = pProperty->GetStringDescriptor;
      }/* End of GET_DESCRIPTOR */
   }
}
  可见核心函数只支持设备描述符、配置描述符以及字符串描述符。最终该函数将调用:
Result= (*pProperty->Class_Data_Setup)(pInformation->USBbRequest);
  调用用户的类特殊实现来获取报告描述符,同时HID类描述符也是通过这种方式取得的。

7、主机从中断端点读取鼠标操作数据

主机会轮询设备,设备数据的准备在主函数中,用Joystick_Send(JoyState())函数来实现。
Mouse_Buffer[1] = X;
Mouse_Buffer[2] = Y;
/*copy mouse position info in ENDP1 Tx Packet Memory Area*/
UserToPMABufferCopy(Mouse_Buffer, GetEPTxAddr(ENDP1), 4);
/* enable endpoint for transmission */
SetEPTxValid(ENDP1);
  使能端点1的发送,当主机的IN令牌包来的时候,SIE将数据返回给主机。同时产生 CTR中断。
  在中断处理程序中,执行下列代码:
if ((wEPVal & EP_CTR_TX) != 0){
   /* clear int flag */
   _ClearEP_CTR_TX(EPindex);
   (*pEpInt_IN[EPindex-1])();
} /* if((wEPVal & EP_CTR_TX) != 0) */
  这是在函数指针数组中调用函数,跟踪进入:发现这个函数什么也没有做。

  经过对程序执行过程的跟踪和分析,我现在对USB设备HID类的工作有了大概的了解,对ST的USB库的工作也有了初步的概念。把所有文件的源代码粗略地浏览了一遍,心里大概有了些底。但现在我还不准备阅读源代码,我先把例程在智林开发板上移植好,再详细的阅读一遍源代码。

本文转载自:http://www.openedv.com/posts/list/411.htm

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