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AT32講堂043 | 如何使用AT32 MCU主機(jī)庫快速開發(fā)USB相關(guān)應(yīng)用

雅特力 AT32 MCU ? 2023-01-16 11:05 ? 次閱讀
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AT32 USB主機(jī)協(xié)議庫

這部分主要介紹AT32 USB主機(jī)庫的結(jié)構(gòu)和庫的使用方法,AT32 USB支持全速和低速,不支持USB2.0高速設(shè)備。這里庫的作用是用來管理USB外設(shè)和實(shí)現(xiàn)USB的基本協(xié)議,使開發(fā)者能夠更快的上手開發(fā)。USB主機(jī)庫包含以下幾個(gè)模塊 如圖1:

  • 用戶應(yīng)用程序此部分為開發(fā)者根據(jù)應(yīng)用具體需求開發(fā)應(yīng)用程序。
  • USB Core Driver和USB主機(jī)類USB Core Driver:此部分實(shí)現(xiàn)USB設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議棧,標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求等接口。USB主機(jī)類:此部分實(shí)現(xiàn)具體USB主機(jī)請(qǐng)求。
  • USB主機(jī)硬件底層接口此部分實(shí)現(xiàn)硬件寄存器抽象接口
  • USB/OTG外設(shè)

圖1. USB主機(jī)庫結(jié)構(gòu)2bfc3e84-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.png

AT32 USB庫文件

如下是AT32 USB應(yīng)用工程結(jié)構(gòu)圖:圖2. AT32工程結(jié)構(gòu)2c0b85f6-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.pngCore Driver庫路徑:OTGFS-->middlewares\usb_driversHost Class庫路徑:middlewares\usbh_class如下是USB主機(jī)庫文件列表:表1. USB主機(jī)庫文件列表2c2aa4b8-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.png表2. USB主機(jī)類文件列表2c429b0e-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.png

USB主機(jī)庫文件說明

USB庫實(shí)現(xiàn)USB主機(jī)枚舉標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求,同時(shí)實(shí)現(xiàn)USB規(guī)格里面的4種傳輸類型(control,interrupt,bulk,isochronous)的函數(shù)接口。圖3 USB主機(jī)庫文件結(jié)構(gòu)2c611dc2-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.png

USB主機(jī)文件函數(shù)接口

usbh_int.c函數(shù)接口usbh_int.c主要處理底層中斷,包括設(shè)備連接,設(shè)備斷開等。表3 usbh_int函數(shù)接口2c91da02-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.pngusbh_core.c函數(shù)接口usbh_core.c此文件封裝不同的usb主機(jī)函數(shù)接口用于不同的地方調(diào)用,包括一些接收,發(fā)送函數(shù)等。表4 usbh_core函數(shù)接口2cb0c5d4-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.pngusbh_ctrl.c函數(shù)接口usbh_ctrl.c此文件處理USB主機(jī)枚舉過程中的一些標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求。表5 usbh_ctrl函數(shù)接口2cbe4e84-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.png支持的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備請(qǐng)求如下表:表6 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備請(qǐng)求2ce1ff3c-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.pngusbh_xx_class.c函數(shù)接口usbh_xx_class.c此文件為具體主機(jī)類型的數(shù)據(jù)處理,通過結(jié)構(gòu)體函數(shù)來實(shí)現(xiàn)不同主機(jī)類型數(shù)據(jù)的處理。開發(fā)者根據(jù)不同的主機(jī)類型,來實(shí)現(xiàn)下面函數(shù)結(jié)構(gòu)體中的函數(shù),達(dá)到不同應(yīng)用結(jié)果。函數(shù)結(jié)構(gòu)體如下:表7 主機(jī)class函數(shù)結(jié)構(gòu)體2d0c3b76-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.png表8 主機(jī)class函數(shù)接口2d27eeca-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.pngusbh_user.c函數(shù)接口usbh_user.c此文件主要為一些給用戶處理事件的函數(shù)如復(fù)位,斷開連接等。表9 用戶事件函數(shù)結(jié)構(gòu)體2d346916-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.png表10 用戶函數(shù)接口函數(shù)2d4e8ed6-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.png其它參數(shù)函數(shù)的參數(shù)結(jié)構(gòu)體如下,USB主機(jī)庫中參數(shù)傳遞使用結(jié)構(gòu)體usbh_core_type,如下圖:圖4 全局結(jié)構(gòu)體2d81047e-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.pngUSB主機(jī)的狀態(tài)機(jī)如下圖:圖5 USB主機(jī)狀態(tài)機(jī)2da7701e-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.pngUSB返回值,USB函數(shù)接口使用如下函數(shù)返回值。圖6 函數(shù)返回值2dc321b0-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.png

通道FIFO分配

USB主機(jī)要正常收發(fā)數(shù)據(jù),在初始化時(shí)需要為通道分配FIFO,分配給所有通道FIFO大小的和不能超過系統(tǒng)分配給USB緩沖區(qū)的最大長(zhǎng)度,具體USB的緩沖區(qū)大小參考RM上的描述。開發(fā)者可以參考例程usb_conf.h為通道自定義分配FIFO。OTGFS主機(jī)通道FIFO分配主機(jī)模式下,所有通道共享一個(gè)接收FIFO,通道發(fā)送FIFO分為非周期性發(fā)送FIFO和周期性發(fā)送FIFO。注意usb_conf.h中對(duì)端點(diǎn)分配的FIFO大小單位為word(Byte)。以hid_demo例程為例:2dd82600-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.png

USB主機(jī)初始化

在使用USB主機(jī)功能時(shí),需要對(duì)USB的寄存器做一些基本的初始化,通過調(diào)用USB主機(jī)的初始化函數(shù)完成這部分的操作。OTGFS外設(shè)初始化OTGFS初始化函數(shù)usbd_init包含5個(gè)參數(shù):2dee41a6-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.png例程主機(jī)hid_demo的初始化如下:2e0e61d4-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.png

USB主機(jī)中斷處理

USB主機(jī)中斷入口函數(shù)usbh_irq_handler處理所有USB主機(jī)中斷,包括連接狀態(tài),通道收發(fā)數(shù)據(jù),SOF,喚醒等中斷,下面介紹一些典型的中斷處理。圖7 USB主機(jī)中斷處理函數(shù)2e265ce4-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.png通道中斷處理當(dāng)USB主機(jī)與設(shè)備進(jìn)行通信時(shí),通道的收發(fā)狀態(tài)都在通道中斷中處理,通道的方向分為IN和OUT通過通道寄存器中的方向?yàn)檫M(jìn)行判斷。中斷處理函數(shù):usbh_hch_handler代碼如下:2e5682a2-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.pngWakeup 中斷處理當(dāng)USB主機(jī)在掛起狀態(tài)時(shí),檢測(cè)到設(shè)備觸發(fā)的遠(yuǎn)程喚醒信號(hào),將產(chǎn)生此中斷。此中斷會(huì)將當(dāng)前主機(jī)狀態(tài)改為WAKEUP狀態(tài):中斷處理函數(shù):usbh_wakeup_handler代碼如下:2e7aae84-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.png接收FIFO非空中斷此中斷表示當(dāng)前接收FIFO有數(shù)據(jù),應(yīng)用程序通過此中斷讀出接收到的數(shù)據(jù),并存放到對(duì)應(yīng)通道的FIFO當(dāng)中,當(dāng)數(shù)據(jù)讀取完成之后,會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的通道的中斷。中斷處理函數(shù):usbh_rx_qlvl_handler代碼如下:2e91bf48-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.png主機(jī)端口中斷處理當(dāng)USB主機(jī)斷開發(fā)生狀態(tài)改變時(shí),會(huì)產(chǎn)生端口中斷,應(yīng)用程序通過此中斷判斷連接設(shè)備的速度等。中斷處理函數(shù):usbh_port_handler2ec54eb2-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.png設(shè)備斷開連接中斷處理當(dāng)連接的設(shè)備斷開是,會(huì)產(chǎn)生斷開連接中斷。中斷處理函數(shù):usbh_disconnect_handler代碼:2ee67862-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.png

USB主機(jī)枚舉處理

USB主機(jī)狀態(tài)機(jī)在usbh_loop_handler函數(shù)中處理,對(duì)應(yīng)的主機(jī)狀態(tài)機(jī)uhost->global_state,如下圖是設(shè)備連接到主機(jī)的狀態(tài)處理流程:圖8 設(shè)備連接狀態(tài)機(jī)流程2ef96a4e-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.png

  • USBH_IDLE:當(dāng)USB啟動(dòng)或者設(shè)備斷開連接之后在此狀態(tài)
  • USBH_PORT_EN:USB主機(jī)端口使能之后在此狀態(tài)
  • USBH_ATTACHED:USB設(shè)備連接穩(wěn)定之后
  • USBH_ENUMERATION:USB設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的枚舉流程
  • USBH_USER_HANDLER:枚舉完成之后,調(diào)用主機(jī)類的初始化函數(shù)
  • USBH_CLASS_REQUEST:主機(jī)類初始化完成之后,進(jìn)行主機(jī)類請(qǐng)求
  • USBH_CLASS:所有枚舉完成,進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)處理。

USB主機(jī)枚舉流程當(dāng)設(shè)備接到主機(jī)之后,通過控制端點(diǎn)(端點(diǎn)0)進(jìn)行枚舉動(dòng)作,USB主機(jī)的枚舉狀態(tài)如下:2f246668-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.png如下是主機(jī)枚舉的狀態(tài)機(jī)流程:圖9 USB主機(jī)枚舉流程2f4a8ef6-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.png

  • ENUM_GET_MIN_DESC:獲取8字節(jié)設(shè)備描述
  • ENUM_GET_FULL_DESC:獲取18字節(jié)設(shè)備描述
  • ENUM_SET_ADDR:設(shè)置設(shè)備地址
  • ENUM_GET_CFG:獲取9字節(jié)配置描述
  • ENUM_GET_FULL_CFG:獲取完整的配置描述
  • ENUM_GET_MFC_STRING:獲取設(shè)備廠商信息
  • ENUM_GET_PRODUCT_STRING:獲取設(shè)備產(chǎn)品信息
  • ENUM_GET_SERIALNUM_STRING:獲取設(shè)備序列號(hào)信息
  • ENUM_SET_CONFIG:SET CONFIGURE
  • ENUM_COMPLETE:枚舉完成

USB控制傳輸過程包含SETUP-DATA-STATUS三個(gè)階段,如下是一個(gè)主機(jī)獲取設(shè)備信息的傳輸過程GET_DESCRIPTOR:

圖10 Get Descriptor2f832d60-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.png如下是USB主機(jī)庫一個(gè)SETUP-DATA-STATUS函數(shù)調(diào)用流程:圖11 USB主機(jī)SETUP函數(shù)調(diào)用2fa394a6-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.pngusbh_ctrl_transfer_loop函數(shù)中斷對(duì)控制請(qǐng)求的各個(gè)狀態(tài)階段進(jìn)行處理:控制請(qǐng)求狀態(tài)機(jī):2fc051ea-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.png圖12 控制請(qǐng)求處理流程2fdf8a7e-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.pngUSB主機(jī)類初始化在USB標(biāo)準(zhǔn)枚舉完成之后,會(huì)調(diào)用USB主機(jī)類的初始化,在初始化函數(shù)中解析當(dāng)前枚舉的設(shè)備是否支持,調(diào)用函數(shù)uhost->class_handler->init_handler(uhost)。初始化代碼例:300d84a6-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.pngUSB主機(jī)類請(qǐng)求USB主機(jī)類初始化之后,可以發(fā)送主機(jī)類控制請(qǐng)求,根據(jù)不同的設(shè)備類,需要實(shí)現(xiàn)不同的設(shè)備類請(qǐng)求。調(diào)用函數(shù)uhost->class_handler->request_handler((void*)uhost);主機(jī)類請(qǐng)求例:30642ad6-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.pngUSB主機(jī)數(shù)據(jù)處理所有枚舉完成之后,將進(jìn)行主機(jī)數(shù)據(jù)處理主機(jī)數(shù)據(jù)處理例:3091ca36-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.png

USB主機(jī)類型例程

本章將說明使用AT32 USB主機(jī)庫實(shí)現(xiàn)不同的主機(jī)類型的例程。目前實(shí)現(xiàn)的主機(jī)類例程如下:

  • hid(mouse,keyboard)
  • mass storage(msc_only_fat32)
  • two_otg_host_demo(僅AT32F435/437支持)

HID例程

HID類支持鼠標(biāo)和鍵盤設(shè)備,開發(fā)者可修改此例程用以實(shí)現(xiàn)支持其它HID類設(shè)備。HID類:309e486a-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.pngHID類例程初始化當(dāng)USB設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)枚舉完成之后,會(huì)進(jìn)行初始化,調(diào)用uhost_init_handler,調(diào)用此函數(shù)將解析接到主機(jī)上的設(shè)備類型,是鼠標(biāo)還是鍵盤或者其它設(shè)備。通過設(shè)備的配置描述信息進(jìn)行如下流程解析:

  • 查找HID接口
  • 判斷接口是鼠標(biāo)還是鍵盤
  • 查找對(duì)應(yīng)接口的端點(diǎn)號(hào)
  • 初始化對(duì)應(yīng)通道

代碼如下:

30be888c-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.pngHID類請(qǐng)求HID類請(qǐng)求實(shí)現(xiàn)一些HID設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求,調(diào)用函數(shù)uhost_request_handler

  • SET_IDLE
  • SET_PROTOCOL
  • GET_REPORT

代碼如下:

30ced458-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.pngHID類數(shù)據(jù)處理HID枚舉設(shè)置完成之后,USB主機(jī)可以請(qǐng)求設(shè)備數(shù)據(jù),通過調(diào)用uhost_process_handler來處理。

  • 通過usbh_interrupt_recv函數(shù)給設(shè)備發(fā)送IN請(qǐng)求
  • 通過usbh_get_urb_status(puhost, phid->chin); 獲取IN請(qǐng)求的狀態(tài)
  • 通過phid->in_poll判斷多長(zhǎng)時(shí)間發(fā)送一次IN請(qǐng)求
  • 通過phid->protocol判斷是鼠標(biāo)還是鍵盤

代碼如下:

30e4029c-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.png

MSC例程

msc_only_fat32實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的mass storage主機(jī)類,僅支持FAT32格式。MSC類:3103776c-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.pngMSC 類初始化當(dāng)USB設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)枚舉完成之后,會(huì)進(jìn)行初始化,調(diào)用uhost_init_handler,調(diào)用此函數(shù)將解析接到主機(jī)上的設(shè)備類型,判斷是否是MSC類型。通過設(shè)備的配置描述信息進(jìn)行如下流程解析:

  • 查找MSC接口
  • 查找對(duì)應(yīng)接口的端點(diǎn)號(hào)
  • 初始化對(duì)應(yīng)通道
  • 初始化bulk-only和SCSI狀態(tài)機(jī)

代碼如下:

31191efa-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.pngMSC類請(qǐng)求MSC類請(qǐng)求實(shí)現(xiàn)一些MSC設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求,調(diào)用函數(shù)uhost_request_handler

  • GET_MAX_LUN

代碼如下:

314c23ea-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.pngMSC類數(shù)據(jù)處理HID枚舉設(shè)置完成之后,USB主機(jī)可以請(qǐng)求設(shè)備數(shù)據(jù),通過調(diào)用uhost_process_handler來處理。實(shí)現(xiàn)如下命令:

  • INQUIRY
  • TEST_UNIT_READY
  • READ_CAPACITY10
  • REQUEST_SENSE

代碼如下:

31661444-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.pngMSC讀寫數(shù)據(jù)MSC讀寫數(shù)據(jù)在通過FATFS接口進(jìn)行實(shí)現(xiàn),在usbh_msc_diskio.c中實(shí)現(xiàn)讀寫函數(shù)。讀函數(shù):31c74bce-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.png寫函數(shù):31ebfd5c-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.png

CDC例程

cdc實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的虛擬串口類。CDC類:3218514a-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.pngCDC類例程初始化當(dāng)USB設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)枚舉完成之后,會(huì)進(jìn)行初始化,調(diào)用uhost_init_handler,調(diào)用此函數(shù)將解析接到主機(jī)上的設(shè)備類型。通過設(shè)備的配置描述信息進(jìn)行如下流程解析:

  • 查找CDC接口
  • 判斷接口是否為虛擬串口
  • 查找對(duì)應(yīng)接口的端點(diǎn)號(hào)
  • 初始化對(duì)應(yīng)通道

代碼如下:

32375eaa-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.pngCDC類請(qǐng)求CDC類請(qǐng)求實(shí)現(xiàn)一些CDC設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求,調(diào)用函數(shù)uhost_request_handler

  • GET_LINECODING

代碼如下:

326f7a92-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.pngCDC類數(shù)據(jù)處理CDC枚舉設(shè)置完成之后,USB主機(jī)可以請(qǐng)求設(shè)備數(shù)據(jù),通過調(diào)用uhost_process_handler來處理。

  • 通過set_linecoding和get_linecoding配置linecoding
  • 通過cdc_process_reception(puhost)函數(shù)給設(shè)備發(fā)送IN請(qǐng)求
  • 通過cdc_process_transmission(puhost)函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)給設(shè)備

代碼如下:

3284cadc-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.png

two_otg_host_demo例程

AT32F435/437存在兩個(gè)OTGFS,此例程說明同時(shí)使用兩個(gè)OTGFS實(shí)現(xiàn)兩個(gè)host功能。

  • 實(shí)現(xiàn)功能:

OTGFS1實(shí)現(xiàn)MSC主機(jī)(參考MSC例程)OTGFS2實(shí)現(xiàn)HID主機(jī)(參考HID例程)配置與實(shí)現(xiàn)在usb_conf.h中配置OTGFS1和OTGFS2:32c1bf64-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.png在main中初始化:33270270-9419-11ed-ad0d-dac502259ad0.png

關(guān)于雅特力雅特力科技于2016年成立,是一家致力于推動(dòng)全球市場(chǎng)32位微控制器(MCU)創(chuàng)新趨勢(shì)的芯片設(shè)計(jì)公司,專注于ARM Cortex-M4/M0+的32位微控制器研發(fā)與創(chuàng)新,全系列采用55nm先進(jìn)工藝及ARM Cortex-M4高效能或M0+低功耗內(nèi)核,締造M4業(yè)界最高主頻288MHz運(yùn)算效能,并支持工業(yè)級(jí)別芯片工作溫度范圍(-40°~105°)。雅特力目前已累積相當(dāng)多元的終端產(chǎn)品成功案例:如微型打印機(jī)、掃地機(jī)、光流無人機(jī)、熱成像儀、激光雷達(dá)、工業(yè)縫紉機(jī)、伺服驅(qū)控、電競(jìng)周邊市場(chǎng)、斷路器、ADAS、T-BOX、數(shù)字電源、電動(dòng)工具等終端設(shè)備應(yīng)用,廣泛地覆蓋5G、物聯(lián)網(wǎng)、消費(fèi)、商務(wù)及工控等領(lǐng)域。

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    的頭像 發(fā)表于 05-21 10:43 ?719次閱讀
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    的頭像 發(fā)表于 04-16 00:15 ?674次閱讀
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