Cortex-M3 USB的“JoyStickMouse”例程結(jié)構(gòu)分析（一）

一、USB的“JoyStickMouse”例程結(jié)構(gòu)分析

1、例程的結(jié)構(gòu)

（1）底層結(jié)構(gòu)

包括5個文件：usb_core.c（USB總線數(shù)據(jù)處理的核心文件），usb_init.c，usb_int.c（用于端點數(shù)據(jù)輸入輸入中斷處理），usb_mem.c（用于緩沖區(qū)操作），usb_regs.c（用于寄存器操作）。它們都包含了頭文件“usb_lib.h”。在這個頭文件中，又有以下定義：

#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中又包含了七個頭文件，其中usb_type.h中主要是用typedef為stm32支持的數(shù)據(jù)類型取一些新的名稱。usb_def.h中主要是定義一些相關(guān)的數(shù)據(jù)類型。

還有一個未包含在usb_lib.h中的頭文件，usb_conf.h用于USB設(shè)備的配置。

（2）上層結(jié)構(gòu)

上層結(jié)構(gòu)總共5個文件：hw_config.c（用于USB硬件配置）、usb_pwr.c（用于USB連接、斷開操作）、usb_istr.c（直接處理USB中斷）、usb_prop.c（用于上層協(xié)議處理，比如HID協(xié)議，大容量存儲設(shè)備協(xié)議）、usb_desc.c（具體設(shè)備的相關(guān)描述符定義和處理）。

可見，ST的USB操作庫結(jié)構(gòu)十分清晰明了，我先不準(zhǔn)備直接閱讀源代碼。而是先利用MDK的軟件模擬器仿真執(zhí)行，先了解一下設(shè)備初始化的流程。

2、設(shè)備初始化所做的工作

（1）Set_System(void)

這個是main函數(shù)中首先調(diào)用的函數(shù)，它位于hw_config.c文件中。它的主要功能是初始化時鐘系統(tǒng)、使能相關(guān)的外圍設(shè)備電源。

配置了JoyStickMouse所用到的5個按鍵，并且配置了兩個EXTI中斷，一個是用于把USB從掛起模式喚醒，還有一個用途未知。

（2）USB_Interrupts_Config();

這個是main函數(shù)中調(diào)用的第二個函數(shù)，它也位于hw_config.c文件中。主要功能是配置USB所用到的中斷。

跟蹤到代碼中，主要設(shè)配置了USB低優(yōu)先級中斷和喚醒中斷，又有一個EXTI中斷功能未知。

（3）Set_USBClock()

這個是main函數(shù)中調(diào)用的第三個函數(shù)，它也位于hw_config.c文件中。它的功能是配置和使能USB時鐘。

（4）USB_Init(void)

這個是main函數(shù)中調(diào)用的第四個函數(shù)，它也位于usb_init.c文件中。它初始化了三個全局指針，指向DEVICE_INFO、USER_STANDARD_REQUESTS和DEVICE_PROP結(jié)構(gòu)體。

后面兩個是函數(shù)指針結(jié)構(gòu)體，里面都是USB請求實現(xiàn)、功能實現(xiàn)的函數(shù)指針。

voidUSB_Init(void)

{

pInformation=&Device_Info;

pInformation->ControlState=2;

pProperty=&Device_Property;

pUser_Standard_Requests=&User_Standard_Requests;

pProperty->Init();

}

這三個結(jié)構(gòu)體都是與具體設(shè)備枚舉和功能實現(xiàn)相關(guān)的，定義在usb_prop.c和usb_desc.c文件中。

DEVICE_PROPDevice_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

};

USER_STANDARD_REQUESTSUser_Standard_Requests=

{

Joystick_GetConfiguration,

Joystick_SetConfiguration,

Joystick_GetInterface,

Joystick_SetInterface,

Joystick_GetStatus,

Joystick_ClearFeature,

Joystick_SetEndPointFeature,

Joystick_SetDeviceFeature,

Joystick_SetDeviceAddress

};

Usb_init()函數(shù)調(diào)用pProperty->Init()（實質(zhì)上就是Joystick_init）完成設(shè)備的初始化。

上層程序調(diào)用下次函數(shù)是常規(guī)性的操作。而下層函數(shù)（usb_init相對于usb_prop是輸入底層操作文件）調(diào)用上層文件函數(shù)我們稱之為回調(diào)。

回調(diào)函數(shù)的意義在于同一種操作模式、提供不同的回調(diào)函數(shù)則可以實現(xiàn)不同的功能。Windows中處理消息，好像也用到了這種模式。

回調(diào)函數(shù)的實現(xiàn)方法是函數(shù)指針數(shù)組。這是指針的高級應(yīng)用。

這是函數(shù)的代碼：

voidJoystick_init(void)

{

Get_SerialNum();
//獲取設(shè)備序列號，轉(zhuǎn)變?yōu)閡nicode字符串

pInformation->Current_Configuration=0;

PowerOn();
//連接USB設(shè)備，實質(zhì)是能讓主機檢測到了。

_SetISTR(0);

wInterrupt_Mask=IMR_MSK;

_SetCNTR(wInterrupt_Mask);

bDeviceState=UNCONNECTED;

}

實質(zhì)上，代碼執(zhí)行到這里，開發(fā)板已經(jīng)可以響應(yīng)主機發(fā)來的數(shù)據(jù)了。但我還是先把main（）函數(shù)的代碼看完吧。

（5）SysTick_Config();

這個函數(shù)調(diào)用主要是為程序中用到的精確延時作配置。

3、進入主循環(huán)

進入主循環(huán)的工作就兩個：

Joystick_Send(JoyState())。

JoyState()用來獲取按鍵的狀態(tài)。

Joystick_Send(JoyState())用來把按鍵狀態(tài)發(fā)到主機。當(dāng)然這里真正的發(fā)送工作并不是由該代碼完成的。它的工作只是將數(shù)據(jù)寫入IN端點緩沖區(qū)，主機的IN令牌包來的時候，SIE負(fù)責(zé)把它返回給主機。

主要代碼如下：

UserToPMABufferCopy(Mouse_Buffer,GetEPTxAddr(ENDP1),4);
//從用戶復(fù)制四個字節(jié)到端點1緩沖區(qū)，控制端點的輸入緩沖區(qū)。

SetEPTxValid(ENDP1);

4、中斷處理過程大致理解

（1）usb_istr()函數(shù)中的中斷處理簡單分析

有用的代碼大概以下幾段，首先是處理復(fù)位的代碼，調(diào)用設(shè)備結(jié)構(gòu)中的復(fù)位處理函數(shù)。

wIstr=_GetISTR();

if(wIstr&ISTR_RESET&wInterrupt_Mask)

{

_SetISTR((u16)CLR_RESET);//清復(fù)位中斷

Device_Property.Reset();

}

處理喚醒的代碼：

if(wIstr&ISTR_WKUP&wInterrupt_Mask)

{

_SetISTR((u16)CLR_WKUP);

Resume(RESUME_EXTERNAL);

}

處理總線掛起的代碼：

if(wIstr&ISTR_SUSP&wInterrupt_Mask)

{

if(fSuspendEnabled)

{

Suspend();

}

else

{

Resume(RESUME_LATER);

}

_SetISTR((u16)CLR_SUSP);

}

處理端點傳輸完成的代碼，這段是最重要的，它調(diào)用底層usb_int.c（）文件中的CTR_LP（）函數(shù)來處理端點數(shù)據(jù)傳輸完成中斷。

if(wIstr&ISTR_CTR&wInterrupt_Mask)

{

CTR_LP();

}

二、STM32處理器的USB接口

1、接口模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

在書上有一個很好的USB內(nèi)部接口模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，比較好的解釋了各個模塊之間的關(guān)系，我這里試著用我自己的理解闡述一下吧。

首先在總線端（與D+、D-相連的那一端），通過模擬收發(fā)器與SIE連接。SIE使用48MHz的專用時鐘。

與SIE相關(guān)的的有三大塊：CPU內(nèi)部控制、中斷和端點控制寄存器，掛起定時器（這個好像是USB協(xié)議的要求，總線在一定時間內(nèi)沒有活動，SIE模塊能夠進入SUSPEND狀態(tài)以節(jié)約電能），還有包緩沖區(qū)接口模塊。

說到包緩沖區(qū)接口模塊，這個對應(yīng)的含義是，USB設(shè)備應(yīng)該提供USB包緩沖區(qū)。這塊緩沖區(qū)同時受到SIE和CPU核心的控制，用于CPU與SIE共享達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹?/p>

所以CPU通過APB1總線接口訪問，SIE通過包緩沖區(qū)接口模塊訪問，中間通過Arbiter來協(xié)調(diào)訪問。

當(dāng)然我們關(guān)注的中心點是控制、中斷和端點控制寄存器。我們通過這些寄存器來獲取總線傳輸?shù)臓顟B(tài)，控制各個端點的狀態(tài)，并可以產(chǎn)生中斷來讓CPU處理當(dāng)前的USB事件。

CPU可以通過APB1總線接口來訪問這些寄存器。它們使用的都是PCLK1時鐘。

2、USB模塊的寄存器認(rèn)識

（1）
控制寄存器CNTR

傳輸完成中斷允許位。CTRM，1有效，如果SIE置位傳輸完成標(biāo)志，則相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸完成中斷發(fā)生。

第15位

包緩沖區(qū)溢出中斷允許位

錯誤中斷允許位

喚醒中斷允許位。WKUPM。1有效，如果喚醒請求標(biāo)志位置位，則產(chǎn)生喚醒中斷。

掛起中斷允許位。SUSPM，1有效，當(dāng)總線掛起標(biāo)志置位時，發(fā)生掛起中斷。

復(fù)位中斷允許位。RESETM。1有效，軟件強制復(fù)位和總線復(fù)位信號，都能觸發(fā)復(fù)位中斷。

幀首中斷允許位

期望幀首中斷允許位。ESOFM。它的含義是沒有收到幀首信號，允許發(fā)生中斷。

第8位

向主機發(fā)送的喚醒請求，RESUME。1有效，主機收到該信號，將喚醒設(shè)備。這個由軟件置位。

第4位

強制掛起控制，F(xiàn)SUSP。1有效。與由于總線無活動引起掛起的效果相同。

低功耗模式。前提是先進入掛起狀態(tài)。由軟件設(shè)置，一般又硬件復(fù)位（被喚醒后自動清零）。

斷電模式控制位。PDWN。此位為1時，USB模塊關(guān)閉。

強制復(fù)位控制。FRES。與總線上的復(fù)位信號產(chǎn)生相同的效果。也能產(chǎn)生復(fù)位中斷.

第0位。

（2）
中斷狀態(tài)寄存器ISTR

這個寄存器主要是反映USB模塊當(dāng)前的狀態(tài)的。第15-8為與控制寄存器的中斷允許是意義對應(yīng)的。相應(yīng)的標(biāo)志位置位，且中斷未屏蔽，則向CPU發(fā)出對應(yīng)的中斷。

CTR標(biāo)志，數(shù)據(jù)傳輸完成后硬件置1.

PMAOVR標(biāo)志

ERR標(biāo)志

WKUP請求，總線檢測到主機喚醒請求時由硬件置位。

SUSP請求標(biāo)志位。

RESET請求標(biāo)志位。

SOF幀首標(biāo)志

ESOF，期待幀首標(biāo)志。

DIR傳輸方向，此位由硬件控制。IN時為0，OUT為1.

第4位。

發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩它c的地址。

（3）USB設(shè)備地址寄存器

第7位，EF，USB模塊允許位。如果EF=0，則USB模塊將停止工作。

第6-0位。USB當(dāng)前使用的地址。復(fù)位時為0.

（4）
端點狀態(tài)和配置寄存器，8個寄存器，支持8個雙向端點和16個單向端點。

CTR_RX,正確接收標(biāo)志位。

第15位。

DTOG_RX，用于檢測的數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)位。一般由硬件自動設(shè)置，軟件寫1可使其手動翻轉(zhuǎn)。

STAT_RX，占據(jù)兩位。

00表示該端點不可用，無回應(yīng)。

01表示響應(yīng)STALL

10響應(yīng)NAK

11表示端點有效，可接收數(shù)據(jù)。

SETUP標(biāo)志。收到SETUP令牌包時置位。用戶收到數(shù)據(jù)后需檢查次位。

第11位。

EP_TYPE，兩位，表示端點類型。

00表示批量端點。

01表示控制端點

10表示等時端點。

11表示中斷端點。

EP_KIND，端點特殊類型。在EP_TYP