1078
本篇筆記主要介紹 STM32 相關的知識點，畢竟之后的 CDC 教程是用 STM32 開發(fā)的。
為了寫這一篇，魚鷹把 STM32 中文參考手冊 USB 相關的從頭到尾看了一遍，雖然以前就已經看過了，但這次看，收獲又是不同。
不過限于篇幅，魚鷹不會面面俱到，只介紹和 CDC 相關的一些東西。
要完成 USB 模擬串口（CDC）的實驗，STM32 手冊是必須細細閱讀的，不然代碼里面很多操作你是無法看懂的。
其實理解了前面的一些東西，你會發(fā)現 STM32 中的 USB 知識和前面的大同小異，畢竟開發(fā)芯片的廠家也是按照 USB 標準來實現的，不會差到哪里去。
硬件基礎
首先，STM32F103 使用 PA11（USBDM，D-）和 PA12（USBDP，D+）完成數據的收發(fā)。但看過前面章節(jié)的道友應該知道，全速 USB 在 D+ 引腳是需要有一個上拉電阻的，同時兩根數據線需要各自串聯一個 22 Ω的電阻。
這就是你需要的硬件基礎，如果說你的開發(fā)板有 USB 接口，但是沒有這些條件，那么你的 USB 接口只能用于供電，無法進行數據傳輸。
當然，STM32F103 的速度為全速 12 Mbit，換算成字節(jié)為 1.5 MB，除去 USB 協議的開銷（令牌、打包等），大概能達到 1 MB/s 速度。
魚鷹在測試給各位道友的 CDC 例程發(fā)現只能達到 100 KB 左右，原以為是主機沒有及時發(fā)送令牌包導致帶寬很低，后來發(fā)現 USB 設備發(fā)出的數據包只有幾個字節(jié)，而不是最大包 64B，才知道是發(fā)送的數據太少了，后來增加發(fā)送的數據量（一次往緩沖多寫幾百個字節(jié)），帶寬達到了 400~700KB，但離 1MB 還差了點。
通過邏輯分析儀查看才知道，主機發(fā)送 IN 令牌包時，設備有可能還沒準備好，浪費了帶寬，不過在看 STM32 資料中發(fā)現，對于批量傳輸（CDC 使用批量傳輸），可以使用雙緩沖提高傳輸量，估計用了雙緩沖，傳輸速率能達到 1MB/s，比串口的 115200 Bit/s 快的多，也穩(wěn)定的多，畢竟人家可是自帶了 CRC 校驗和數據重傳功能的。
軟件基礎
現在看一看 STM32F103 的 USB 有哪些功能
第一點，支持 USB2.0 全速，而不是 2.0 高速 480Mbit/s。
有 1~8 個（雙向）端點，這是能完成組合設備的基礎，按照 CDC + DAP 組合設備來說，一共需要 1（控制傳輸）+ 2（CDC）+1（HID） = 4 個端點的，更不要說再模擬一個 U 盤了。
CRC、NRZI 編解碼，這個可以讓你不必關心每一位是什么情況，你只需要處理底層給你的字節(jié)數據即可。
支持雙緩沖，最大程度的利用 USB 的帶寬。
支持 USB 掛起和恢復操作，其實還支持設備遠程喚醒操作，即由設備發(fā)起喚醒請求（比如鼠標移動后喚醒設備）。
后面有一個注意點，就是 USB 和 CAN 共用 512 字節(jié)的緩存，也就是說同一時刻只能有一個外設可以工作，當然你可以通過軟件在不同時刻使用不同的外設。
可以看看 USB 設備框圖，了解一下 USB 是由哪些結構組成的。
為了實現 USB 通信，有以下基礎步驟需要完成：
1、打開 Port A 的外設時鐘（PA11 和 PA12）
2、打開 USB 時鐘（其實還需要設置 USB 時鐘頻率，一般 SystemInit 會替你完成，當 USB 時鐘打開后， PA11 和 PA12 引腳由 USB 接管，不歸 GPIO 控制）。
3、打開相應中斷（一共有三個中斷）
低優(yōu)先級中斷是我們主要關注的，因為 USB 枚舉過程就在這個中斷完成，所以這個中斷必須開啟，其他兩個就看需求了。
4、配置 USB 寄存器，使 USB 可以正常工作。
5、之后所有的操作都在低優(yōu)先級中斷進行（包括復位、枚舉、SOF 檢測等）。
以上步驟具體可以看魚鷹提供的例程實現，不再多說。
USB 寄存器
USB 中有三類寄存器：端點寄存器、通用寄存器、緩沖區(qū)描述表，再加上和描述表對應的緩沖區(qū)（數據收發(fā)緩存區(qū)，USB 所有的數據傳輸都首先要經過這里），我們要做的就是在合適的時候對這些寄存器進行相應的操作即可。
地址 0x 0x4000 5C00 開始為端點寄存器，因為有 8 個（雙向）端點，所以有 8 個寄存器管理。
之后的寄存器為通用寄存器，用于管理整個 USB 模塊的，具體可查看參考手冊。
以上寄存器有些位很特殊，比如可能寫 0 有效，寫 1 無效，所以有如下要求：
所以以往的讀 - 改 - 寫不能在這里使用，不然你這邊讀回了 0，但是硬件修改了變成 1，如果往回寫 0 ，那么就把硬件設置的 1 清除了，肯定會有影響，所以針對這種位，需要對不操作的位設置為 1 ，這樣就不會意外修改了。
還有可能寫 1 翻轉，寫 0 無效，這時你會發(fā)現代碼中使用異或（^）來設置需要的位，非常巧妙。
總之，在學習 USB 過程中，可以鍛煉你的位操作能力。
上述兩類寄存器在參考手冊其實是比較詳盡的，但緩沖區(qū)描述表（描述表的作用就是描述端點發(fā)送和接收緩存區(qū)的地址和大?。┚惋@得晦澀難懂了，所以這里詳細說一下緩沖區(qū)描述表（以下表述可能有問題，需要各位自行驗證）。
首先，描述表的地址在 0x4000 6000，也就是說前面所說的 512 Byte 的基地址。但是按照參考手冊中的描述來看，這個空間大小應該是 512 Byte * 2，這是因為 USB 模塊尋址采用 16 位尋址的，而應用程序使用 32 位尋址，也就是說，按照我們的軟件角度，空間分布應該是這樣的：
低地址的兩個字節(jié)可以被我們訪問（有顏色部分），高地址的兩個字節(jié)不可訪問（但是按照雙緩沖描述來看，好像可以訪問到，以后在驗證一下）。
所以地址范圍應該有 1 KB 的空間，但只有一半是可以使用的。
還有一點就是這塊空間不僅用于存放 USB 傳輸的數據，還用來存放緩存區(qū)描述表，這個緩沖區(qū)描述表可以在這塊空間的任何一個位置（上圖在緩沖區(qū)的最開始位置），只要滿足 8 字節(jié)對齊即可，畢竟一個端點需要 16 字節(jié)記錄（這里可能會感到疑惑，為什么一個端點 16 字節(jié)，但卻是 8 字節(jié)對齊，這就是 16 位 和 32 訪問的區(qū)別，在 USB 寄存器中，USB 模塊通過 16 位訪問，所以寄存器里面的值都是按照 16 位來保存偏移的）。
這個表的基地址存放在 USB_BTABLE 寄存器中，一般設置為 0，表示這個表放在上述空間的開始處。
根據需要，依次安排描述表。比如 CDC 有三個端點，前 16 個字節(jié)安排端點 0，負責描述發(fā)送緩存區(qū)的地址和大小，接收緩存區(qū)的地址和大?。ǚ乐菇邮諘r溢出）
端點 1 和端點 2 供 CDC 使用，占用 32 字節(jié)。所以前 48 字節(jié)被描述表占用了，剩下的（1024 – 48）/ 2 就是數據緩沖區(qū)了。比如將端點 0 的發(fā)送緩沖區(qū)地址指向 0x18（相對地址 0x4000 6000 偏移，16 位訪問），大小為 64 字節(jié)，端點 0 的接收緩存區(qū)指向 0x58（寄存器 USB_ADDR0_RX 寫入的值，16 位訪問），大小為 64 字節(jié)（注意這里的值為 16 位尋址，即 USB 模塊的尋址，和應用層 32 位尋址不同，兩者之間需要轉化）。
按理應該像上面分布空間的，但實際上你會發(fā)現分布如下：
那么是否可以將端點 0 的緩存地址安排在 0x40006030 位置（即 USB_ADDR0_TX 值為 0x18 而不是上圖的 0x30 呢），而不是 0x40006060 呢，這樣就不會浪費那些空間了。
因為這個改動會較大，感興趣的可以嘗試一下。
當 USB 模塊寫入端點 0 的數據時，首先根據 USB_BTABLE 的值找到描述表的位置，然后再根據描述表第一個表項的 USB_ADDR0_RX 找到接收緩沖區(qū)的地址，最后寫入數據（寫入過程中會判斷是否超出限制，防止破壞其他緩沖區(qū)，這個通過 USB_COUNT0_Rx 判斷），當應用程序進行讀取上述地址的數據時，因為采用了 32 位訪問，所以對 USB_BTABLE 和 USB_ADDR0_RX 偏移地址 x2，這樣就可以找到我們需要的緩存地址，從而讀取到主機發(fā)給設備的數據，然后進行相應的處理。
設備發(fā)送同理。
具體實現可參考魚鷹給出的源代碼。
