由于USB的靈活性，已被廣泛應用于PC機的人機接口、存儲及嵌入式系統(tǒng)中。本文為大家介紹在ZLG打造的AWorks嵌入式實時操作系統(tǒng)中，如何創(chuàng)建一個自定義的USB設備。

USB，是英文Universal Serial Bus(通用串行總線的縮寫)，是一種快速、靈活的總線接口。USB對所有的USB外設提供了單一的易于使用的標準的連接類型，簡化了USB外設的設計。USB接口支持熱插拔，計算機系統(tǒng)可以動態(tài)地檢測外設的插拔，并且動態(tài)地加載驅(qū)動程序。另外，USB還具有很靈活的擴展性，一個USB端口接上一個USB HUB(集線器)就可以擴展多個USB端口。USB廣泛的應用于PC機中的人機接口、音頻、存儲等功能，隨著嵌入式系統(tǒng)在各個領域上廣泛應用，USB也在嵌入式系統(tǒng)中被廣泛的使用。

USB簡介

USB是在1994年底由英特爾、康柏、IBM、Microsoft等多家公司聯(lián)合提出。ISB1.1是較為普遍的USB規(guī)范，其高速方式的傳輸速率是12Mbps，低速模式的傳輸速率為1.5Mbps(b是bit的意思，12Mbps=1.5MB/s)，USB2.0規(guī)范是由USB1.1規(guī)范演變而來，它的傳輸速率達到了480Mbps，足以滿足大多數(shù)外設的速率要求。USB2.0中的EHCI(增強主機控制器接口)定義了一個與USB1.1相兼容的結(jié)構(gòu)。它可以用USB2.0的驅(qū)動程序驅(qū)動USB1.1的設備，也就是說所有支持USB1.1的設備都可以直接在USB2.0的接口上使用而不必擔心兼容性問題。

USB采用四線電纜，其中兩根是用來傳送數(shù)據(jù)的串行通道，另兩根為下游設備提供電源，對于任何已經(jīng)成功連接且相互識別的外設，將以對方設備均能夠支持的最高速率傳輸數(shù)據(jù)。USB總線會根據(jù)外設情況在所兼容的傳輸模式中自動地由高速向低速動態(tài)轉(zhuǎn)換且匹配鎖定在合適的速率。USB系統(tǒng)采用級聯(lián)星型拓撲，該拓撲由三個基本部分組成：主機，集線器和功能設備。

主機包含有主控制器和根集線器，控制著USB總線上的數(shù)據(jù)和控制信息的流動，每個USB系統(tǒng)只能有一個根集線器，它連接在主控制器上。

集線器是USB結(jié)構(gòu)中的特定成分，它可以對原有的USB端口在數(shù)量上進行擴展以獲得更多的USB端口(集線器只能擴展出更多的USB端口，而不能擴展出更多的帶寬)，設備通過端口連接到USB總線上，同時檢測連接在總線上的設備，并為這些設備提供電源管理，負責總線的故障檢測和恢復。集線可為總線提供能源，亦可為自身提供能源。

功能設備通過端口與總線連接。

本文章以M1052平臺為例，主要講解在AWorks平臺中如何創(chuàng)建一個自定義的USB設備。

1AWorks工程配置

在AWorks工程中，用戶可以通過aw_prj_params.h配置文件進行設備添加與刪除，aw_prj_params.h在工程目錄user_config中。

在aw_prj_params.h文件中，有效定義設備的使能宏，才表示一個有效的硬件設備，在本文章中我們需要使能USB Device，所以在aw_prj_params.h中添加AW_DEV_IMX1050_USBD設備宏。

在aw_prj_params.h中添加AW_DEV_IMX1050_USBD設備宏之后，在aw_prj_param_auto_cfg.h文件中會自動添加AW_COM_USBD的定義，AW_COM_USBD代表的是USB Device協(xié)議棧組件。此處要注意AW_DEV_IMX1050_USBD與AW_DEV_IMX1050_USBH1有沖突(一個USB控制器不能同時出現(xiàn)主機設備模式)，兩個只能使能一個。AW_DRV_IMX1050_USBD表示加載USB Device的驅(qū)動：

2AWorks中USB Device的硬件配置

在AWorks中所有設備集中由AWbus_lite進行管理，在使用一個硬件設備前，必須將其添加到系統(tǒng)硬件設備列表（在awbus_lite_hwconf_usrcfg.c中定義），各個硬件設備的類型為struct awbl_devhcf。USB設備相關(guān)硬件配置可以查閱工程目錄下的：

\user_config\awbl_hwconf_usrcfg\awbl_hwconf_imx1050_usbd.h文件，USB設備模式的設備信息詳見程序清單2.1。

程序清單2.1 USB設備模式的設備信息類型定義

其中"/dev/usbd" 是USB Device外設的設備名字，在實際的應用中需要通過該名字來使用USB Device

AWBL_USBD_CFG_SELF_POWERED 表示本設備為自行供電設備。__imx1050_usbd_plfm_init函數(shù)是用來初始化與USB Device平臺相關(guān)的信息，在這里是初始化USB Device時鐘，詳見程序清單2.2。

程序清單2.2 USB設備模式的平臺初始化函數(shù)

3與USB Device操作函數(shù)相關(guān)重要結(jié)構(gòu)體介紹

USB設備類回調(diào)函數(shù)列表，這個結(jié)構(gòu)體用于提供USB枚舉以及USB通信過程中的事件回調(diào)接口，方便用戶接入應用代碼：

USB設備信息結(jié)構(gòu)體，此結(jié)構(gòu)體用于配置USB設備的基礎信息（具體信息詳見結(jié)構(gòu)體定義），當設備連接到PC端后，可以在PC端查看到這些信息：

USB設備接口信息結(jié)構(gòu)體，這個結(jié)構(gòu)體是用來描述當前USB設備接口的信息：

4USB Device操作接口

AWorks提供了一系列的USB Device操作相關(guān)的標準接口，包括初始化一個USB設備、USB功能初始化、啟動USB設備和USB數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，用戶在使用AWorks開發(fā)USB Device的應用程序時，使用上述標準接口就能方便快捷的開發(fā)出源代碼。詳見表4.1

表4.1 USB設備模式操作接口函數(shù)

struct aw_usbd 為USB Device對象

struct aw_usbd_fun 為功能接口對象

struct aw_usbd_pipe 為端點管道對象

5應用案例代碼詳解

這里基于M1052平臺，展示如何創(chuàng)建一個自定義的USB設備。本例子會初始化一個USB設備，為USB設備創(chuàng)建一個OUT管道和一個IN管道用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)(IN和OUT的概念是相對于USB主機而言)，并在這個USB設備添加接口功能。通過USB設備與PC機的連接，實現(xiàn)與PC的通訊，當PC機上位機軟件發(fā)送數(shù)據(jù)時，USB設備通過OUT管道接收數(shù)據(jù)，并通過IN管道把收到的數(shù)據(jù)發(fā)送回PC端上位機。這里只對部分關(guān)鍵的代碼進行講解，完整的代碼請自行下載查看，本例程所在目錄位于：

\examples\peripheral\common\usb\ demo_usbd_vendor.c

定義數(shù)據(jù)接收緩沖區(qū)的大小和等待超時時間：

定義USB Device的信息，當USB Device與PC端連接時，PC端會對其進行枚舉從而獲取USB Device的設備信息，這些信息都可以在PC端進行查看：

USB Device接口信息結(jié)構(gòu)體：

USB Device例程入口函數(shù)，這里主要是初始化USB Device對象，并為這個USB Device對象添加自定義功能，最后通過調(diào)用aw_usbd_start函數(shù)啟動配置好的USB Device。

創(chuàng)建USB Device自定義功能，在本例程中，調(diào)用aw_usbd_pipe_create函數(shù)為USB Devie的自定義功能創(chuàng)建兩個管道，一個OUT管道和一個IN管道用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，然后把這個功能添加進上文中初始化好的USB Device對象，最后創(chuàng)建一個任務用于接收數(shù)據(jù)并把數(shù)據(jù)發(fā)送回去。

USB Device接收發(fā)送任務，當USB Device連接到PC端后，PC端檢測到USB Device的設備信息和設置功能接口后，就會調(diào)用USB Device接口信息的回調(diào)函數(shù)__custom_alt_set，__custom_alt_set會發(fā)送信號量，通知USB Device接收發(fā)送任務USB Device已連接到PC端，然后進入等待數(shù)據(jù)接收狀態(tài)，當收到數(shù)據(jù)后會取消阻塞狀態(tài)，然后把收到的數(shù)據(jù)通過IN管道再發(fā)送出去：

6應用案例演示

把完整的例程拷貝到工程的user_code目錄，并把USB Device入口函數(shù)demo_usbd_vendor_entry添加到main.c文件中：

編譯程序并把程序燒寫進M1052開發(fā)板后，通過USB線連接開發(fā)板上的USB HOST1 和PC機，這時PC即會檢測到有USB設備插入，在PC機上安裝對應的驅(qū)動后，PC機識別到我們的自定義USB設備。

打開PC端串口打?。?/p>

PC端上檢測到USB Device的插入，此時因為PC端沒有相應的驅(qū)動，所以檢測到是未知設備：

在PC機上安裝相應的驅(qū)動后，PC機識別到我們的自定義USB設備：

打開專用的USB通訊軟件，選擇要操作的端點，因為在本例程中創(chuàng)建了兩個管道，一個IN管道一個OUT管道，所以在軟件中會看到本USB設備有兩個端點，選擇后會出現(xiàn)兩個窗口，一個是接收一個是發(fā)送。

在發(fā)送窗口輸入想要發(fā)送的數(shù)據(jù)，點擊發(fā)送，接收窗口就會收到響應的數(shù)據(jù)。