GD32F3開發(fā)進階教程 課件 ch12USB從機實驗

USB從機實驗“第十二章《GD32F3開發(fā)進階教程——基于GD32F303ZET6》01實驗內容USB是UniversalSerialBus的縮寫，即通用串行總線，是連接計算機系統(tǒng)與外部設備的一種串口總線標準，也是一種輸入輸出接口的技術規(guī)范，被廣泛應用于個人計算機和移動設備等信息通信產(chǎn)品，并擴展至攝影器材、數(shù)字電視(機頂盒)、游戲機等其他領域。USB發(fā)展至今已經(jīng)有USB1.0/1.1/2.0/3.0等多個版本，在USB1.0和USB1.1版本中，只支持1.5Mbps的低速(low-speed)模式和12Mbps的全速(full-speed)模式，在USB2.0中又加入了480Mbps的高速模式。目前最新的USB協(xié)議版本為USB3.2Gen2x2，傳輸速度可達20Gbps。實驗內容02實驗原理USB模塊GD32F3蘋果派開發(fā)板具有USBType-C接口，通過該接口可實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和電源輸入，其電路原理圖如圖12-1所示。其中Vbus為總線電源，CC1與CC2用于識別插入方向，分別連接5.1k的下拉電阻。USBDP連接15k的上拉電阻，表示該設備為全速設備或高速設備。當設備接入主機時，主機就可以通過該上拉電阻判斷是否有USB設備接入。由于USBType-C支持正反面插入，因此A7、A6與B7、B6均分別與USBDM(D)和USBDP(D+)連接，構成半雙工的差分信號線，以抵消長導線的電磁干擾。注意，USB插座沒有直接連接到GD32F30x微控制器上，而是通過J709轉接。在進行本章實驗時，需要通過跳線帽將PA11和PA12分別連接到USBDM和USBDP引腳。USB模塊USB是一種串行傳輸總線，它的出現(xiàn)主要是為了簡化個人計算機與外圍設備的連接USB具有許多優(yōu)點，例如支持熱插拔，能夠即插即用，具有很強的擴展性及很高的傳輸速度，以及統(tǒng)一的標準、兼容性強、價格便宜等。但其缺點是只適合短距離傳輸，開發(fā)和調試難度較大。USB協(xié)議簡介USB是一種主從結構的系統(tǒng)，分為主機(Host)與從機(Device)。所有的數(shù)據(jù)傳輸都由主機主動發(fā)起，而從機設備只能被動地應答。在USBOTG中，設備可以在從機與主機之間切換，實現(xiàn)設備與設備之間的連接。USB主機通常具有一個或多個主控器(Hostcontroller)和根集線器(Roothub)。主控器主要負責處理數(shù)據(jù),根集線器則提供一個連接主控器與設備之間的接口和通路。另外還有USB集線器(USBhub)，即USB拓展塢，可以對原有的USB口在數(shù)量上進行拓展，但是不能拓展出更多的帶寬。USB拓撲結構USB電氣特性USB使用不歸零反轉(NRZI)編碼方式:信號電平翻轉表示0，信號電平不變表示1如圖12-2所示。USB描述符從圖12-3可以看出，USB描述符之間的關系是一層一層的，頂層是設備描述符，然后是配置描述符、接口描述符，底層是端點描述符。USB描述符其中bDescriptorType為描述符的類型常數(shù)，常用的描述符類型及其取值如表12-1所示。0102設備描述符：設備描述符描述有關USB設備的相關信息，每個USB設備有且僅有一個設備描述符。配置描述符：配置描述符描述了特定設備配置的信息，每個USB設備至少需要有一個配置描述符。USB描述符USB描述符有關USB設備基本類如表12-2所示。0304接口描述符：接口描述符描述配置中的特定接口。一個配置提供一個或多個接口，每個接口可以具有0個或多個端點描述符。端點描述符：端點(Endpoint)是USB設備上可被獨立識別的端口，是USB設備中可以進行數(shù)據(jù)收發(fā)的最小單元。每個USB設備必須要有一個端點0，其作用是對設備和設備枚舉進行控制，因此也被稱為控制端點。USB描述符5.字符串描述符和語言ID描述符在USB協(xié)議中，字符串描述符是可選的。語言ID描述符是特殊的字符串描述符，用于通知主機其他字符申描述符里面的字符串為何種語言。最常用的語言編碼為美式英語，編碼為0x0409。主機需要先獲取語言ID描述符，才能正確解析字符串描述符。USB描述符HID是Humaninterfacedevice的縮寫，即人體學接口設備，是指用于和人體交互的設備，例如鼠標、鍵盤、游戲手柄和打印機等。現(xiàn)代主流操作系統(tǒng)都能識別標準USBHID設備無須專門的驅動程序。HID設備的描述符主要包括5個USB標準描述符(設備描述符配置描述符、接口描述符、端點描述符和字符描述符)和3個HD設備類特定述符(HID描述符報告描述符和物理描述符)。HID協(xié)議HID協(xié)議USB數(shù)據(jù)由二進制數(shù)字串構成，采用最低有效位(LSB)先行的傳輸方式，由數(shù)字串組成域，多個域組成一個包，再由多個包組成事務，最后由多個事務組成一次傳輸，其結構關系如圖12-4所示。HID協(xié)議1.包(Packet)USB總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以包為基本單位，所有數(shù)據(jù)都是經(jīng)過打包后在總線上傳輸?shù)?，包的基本結構如圖12-5所示。010203今牌包(TokenPacket)：令牌包用來啟動一次USB傳輸。數(shù)據(jù)包(DataPacket)：數(shù)據(jù)包用于傳輸數(shù)據(jù)，也用于傳輸USB描述符。握手包(HandshakePacket)：握手包內容僅由PID域組成，用于表示一次傳輸是否被對方確認，是最簡單的一種數(shù)據(jù)包。HID協(xié)議2.事務(Transaction)在USB上數(shù)據(jù)信息的一次接收或發(fā)送的處理過程稱為事務，分為3種類型：Setup事務:主要向設備發(fā)送控制命令：DataIN事務:主要從設備讀取數(shù)據(jù)；DataOUT事務:主要向設備發(fā)送數(shù)據(jù)。HID協(xié)議3.傳輸(transfer)USB協(xié)議規(guī)定了4種傳輸類型:控制傳輸、批量傳輸、同步傳輸和中斷傳輸。其中，除控制傳輸外，其他類型的傳輸每傳輸一次數(shù)據(jù)都是一個事務，控制傳輸可能包含多個事務。HID協(xié)議010203控制(Control)傳輸:控制傳輸適用于非周期性且突發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸。批量(Bulk)傳輸:批量傳輸適用于那些需要大數(shù)據(jù)量傳輸，但是對實時性、延時和帶寬沒有嚴格要求的應用。同步(isochronous)傳輸:同步傳輸用于傳輸那些需要保證帶寬，并且不能延時的信息。HID協(xié)議04中斷(interrupt)傳輸:中斷傳輸用于頻率不高，但對周期有一定要求的數(shù)據(jù)傳輸。USB枚舉USB枚舉是USB設備調試中一個很重要的環(huán)節(jié)。USB主機在檢測到設備插入后，需要對設備進行枚舉。枚舉過程采用的是控制傳輸模式，從設備讀取一些信息，了解設備類型和通信方式，主機可以根據(jù)這些信息來加載合適的驅動程序。USB枚舉流程如圖12-10所示。GD32F30x系列微控制器的通用串行總線全速設備接口(USBD)模塊僅適用于GD32F30x系列芯片，USBD意為USBDevice，即只支持工作在設備(Device)模式，而不支持主機工作模式。USBD模塊支持USB2.0協(xié)議下的12Mbps的全速速率傳輸它內部包含了一個USB物理層芯片，支持USB2.0協(xié)議所定義的4種傳輸類型(控制、批量、中斷和同步傳輸)。USBD模塊簡介03實驗代碼解析0102hidcore.h文件：hidcore.c與hidcoreh為GD官方提供的HIDkeyboard例程源代碼。hidcore.c文件：在hidcorec文件中，首先定義了外部變量prevtransfercomplete傳輸完成標志位及keybufer數(shù)據(jù)上報發(fā)送緩沖區(qū)。hidcore文件對1.Keyboard.h文件首先定義了鍵盤的HID碼表，根據(jù)HID協(xié)議，每一個鍵盤上的按鍵都有其固定的值。2.Keyboard.c文件在Keyboardc文件的“內部變量定義”區(qū)，首先初始化上次傳輸發(fā)送完成標志位為1并使用IO(宏定義為volatile)修飾符禁止編譯器優(yōu)化，必須每次都直接讀寫其值。Keyboard文件對KeyboardTop.c文件在KeyboardTop.c文件的“內部變量定義”區(qū)，首先定義sstructGUIDev結構體，并且定義了鍵值轉換數(shù)組sarKeyTable，用于將GUI回傳的