Cortex-M3 USB的“JoyStickMouse”例程结构分析（一）

一、USB的“JoyStickMouse”例程结构分析

1、例程的结构

（1）底层结构

包括5个文件：usb_core.c（USB总线数据处理的核心文件），usb_init.c，usb_int.c（用于端点数据输入输入中断处理），usb_mem.c（用于缓冲区操作），usb_regs.c（用于寄存器操作）。它们都包含了头文件“usb_lib.h”。在这个头文件中，又有以下定义：

#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中又包含了七个头文件，其中usb_type.h中主要是用typedef为stm32支持的数据类型取一些新的名称。usb_def.h中主要是定义一些相关的数据类型。

还有一个未包含在usb_lib.h中的头文件，usb_conf.h用于USB设备的配置。

（2）上层结构

上层结构总共5个文件：hw_config.c（用于USB硬件配置）、usb_pwr.c（用于USB连接、断开操作）、usb_istr.c（直接处理USB中断）、usb_prop.c（用于上层协议处理，比如HID协议，大容量存储设备协议）、usb_desc.c（具体设备的相关描述符定义和处理）。

可见，ST的USB操作库结构十分清晰明了，我先不准备直接阅读源代码。而是先利用MDK的软件模拟器仿真执行，先了解一下设备初始化的流程。

2、设备初始化所做的工作

（1）Set_System(void)

这个是main函数中首先调用的函数，它位于hw_config.c文件中。它的主要功能是初始化时钟系统、使能相关的外围设备电源。

配置了JoyStickMouse所用到的5个按键，并且配置了两个EXTI中断，一个是用于把USB从挂起模式唤醒，还有一个用途未知。

（2）USB_Interrupts_Config();

这个是main函数中调用的第二个函数，它也位于hw_config.c文件中。主要功能是配置USB所用到的中断。

跟踪到代码中，主要设配置了USB低优先级中断和唤醒中断，又有一个EXTI中断功能未知。

（3）Set_USBClock()

这个是main函数中调用的第三个函数，它也位于hw_config.c文件中。它的功能是配置和使能USB时钟。

（4）USB_Init(void)

这个是main函数中调用的第四个函数，它也位于usb_init.c文件中。它初始化了三个全局指针，指向DEVICE_INFO、USER_STANDARD_REQUESTS和DEVICE_PROP结构体。

后面两个是函数指针结构体，里面都是USB请求实现、功能实现的函数指针。

voidUSB_Init(void)

{

pInformation=&Device_Info;

pInformation->ControlState=2;

pProperty=&Device_Property;

pUser_Standard_Requests=&User_Standard_Requests;

pProperty->Init();

}

这三个结构体都是与具体设备枚举和功能实现相关的，定义在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()函数调用pProperty->Init()（实质上就是Joystick_init）完成设备的初始化。

上层程序调用下次函数是常规性的操作。而下层函数（usb_init相对于usb_prop是输入底层操作文件）调用上层文件函数我们称之为回调。

回调函数的意义在于同一种操作模式、提供不同的回调函数则可以实现不同的功能。Windows中处理消息，好像也用到了这种模式。

回调函数的实现方法是函数指针数组。这是指针的高级应用。

这是函数的代码：

voidJoystick_init(void)

{

Get_SerialNum();
//获取设备序列号，转变为unicode字符串

pInformation->Current_Configuration=0;

PowerOn();
//连接USB设备，实质是能让主机检测到了。

_SetISTR(0);

wInterrupt_Mask=IMR_MSK;

_SetCNTR(wInterrupt_Mask);

bDeviceState=UNCONNECTED;

}

实质上，代码执行到这里，开发板已经可以响应主机发来的数据了。但我还是先把main（）函数的代码看完吧。

（5）SysTick_Config();

这个函数调用主要是为程序中用到的精确延时作配置。

3、进入主循环

进入主循环的工作就两个：

Joystick_Send(JoyState())。

JoyState()用来获取按键的状态。

Joystick_Send(JoyState())用来把按键状态发到主机。当然这里真正的发送工作并不是由该代码完成的。它的工作只是将数据写入IN端点缓冲区，主机的IN令牌包来的时候，SIE负责把它返回给主机。

主要代码如下：

UserToPMABufferCopy(Mouse_Buffer,GetEPTxAddr(ENDP1),4);
//从用户复制四个字节到端点1缓冲区，控制端点的输入缓冲区。

SetEPTxValid(ENDP1);

4、中断处理过程大致理解

（1）usb_istr()函数中的中断处理简单分析

有用的代码大概以下几段，首先是处理复位的代码，调用设备结构中的复位处理函数。

wIstr=_GetISTR();

if(wIstr&ISTR_RESET&wInterrupt_Mask)

{

_SetISTR((u16)CLR_RESET);//清复位中断

Device_Property.Reset();

}

处理唤醒的代码：

if(wIstr&ISTR_WKUP&wInterrupt_Mask)

{

_SetISTR((u16)CLR_WKUP);

Resume(RESUME_EXTERNAL);

}

处理总线挂起的代码：

if(wIstr&ISTR_SUSP&wInterrupt_Mask)

{

if(fSuspendEnabled)

{

Suspend();

}

else

{

Resume(RESUME_LATER);

}

_SetISTR((u16)CLR_SUSP);

}

处理端点传输完成的代码，这段是最重要的，它调用底层usb_int.c（）文件中的CTR_LP（）函数来处理端点数据传输完成中断。

if(wIstr&ISTR_CTR&wInterrupt_Mask)

{

CTR_LP();

}

二、STM32处理器的USB接口

1、接口模块的内部结构

在书上有一个很好的USB内部接口模块内部结构图，比较好的解释了各个模块之间的关系，我这里试着用我自己的理解阐述一下吧。

首先在总线端（与D+、D-相连的那一端），通过模拟收发器与SIE连接。SIE使用48MHz的专用时钟。

与SIE相关的的有三大块：CPU内部控制、中断和端点控制寄存器，挂起定时器（这个好像是USB协议的要求，总线在一定时间内没有活动，SIE模块能够进入SUSPEND状态以节约电能），还有包缓冲区接口模块。

说到包缓冲区接口模块，这个对应的含义是，USB设备应该提供USB包缓冲区。这块缓冲区同时受到SIE和CPU核心的控制，用于CPU与SIE共享达到数据传输的目的。

所以CPU通过APB1总线接口访问，SIE通过包缓冲区接口模块访问，中间通过Arbiter来协调访问。

当然我们关注的中心点是控制、中断和端点控制寄存器。我们通过这些寄存器来获取总线传输的状态，控制各个端点的状态，并可以产生中断来让CPU处理当前的USB事件。

CPU可以通过APB1总线接口来访问这些寄存器。它们使用的都是PCLK1时钟。

2、USB模块的寄存器认识

（1）
控制寄存器CNTR

传输完成中断允许位。CTRM，1有效，如果SIE置位传输完成标志，则相应的数据传输完成中断发生。

第15位

包缓冲区溢出中断允许位

错误中断允许位

唤醒中断允许位。WKUPM。1有效，如果唤醒请求标志位置位，则产生唤醒中断。

挂起中断允许位。SUSPM，1有效，当总线挂起标志置位时，发生挂起中断。

复位中断允许位。RESETM。1有效，软件强制复位和总线复位信号，都能触发复位中断。

帧首中断允许位

期望帧首中断允许位。ESOFM。它的含义是没有收到帧首信号，允许发生中断。

第8位

向主机发送的唤醒请求，RESUME。1有效，主机收到该信号，将唤醒设备。这个由软件置位。

第4位

强制挂起控制，FSUSP。1有效。与由于总线无活动引起挂起的效果相同。

低功耗模式。前提是先进入挂起状态。由软件设置，一般又硬件复位（被唤醒后自动清零）。

断电模式控制位。PDWN。此位为1时，USB模块关闭。

强制复位控制。FRES。与总线上的复位信号产生相同的效果。也能产生复位中断.

第0位。

（2）
中断状态寄存器ISTR

这个寄存器主要是反映USB模块当前的状态的。第15-8为与控制寄存器的中断允许是意义对应的。相应的标志位置位，且中断未屏蔽，则向CPU发出对应的中断。

CTR标志，数据传输完成后硬件置1.

PMAOVR标志

ERR标志

WKUP请求，总线检测到主机唤醒请求时由硬件置位。

SUSP请求标志位。

RESET请求标志位。

SOF帧首标志

ESOF，期待帧首标志。

DIR传输方向，此位由硬件控制。IN时为0，OUT为1.

第4位。

发生数据传输的端点的地址。

（3）USB设备地址寄存器

第7位，EF，USB模块允许位。如果EF=0，则USB模块将停止工作。

第6-0位。USB当前使用的地址。复位时为0.

（4）
端点状态和配置寄存器，8个寄存器，支持8个双向端点和16个单向端点。

CTR_RX,正确接收标志位。

第15位。

DTOG_RX，用于检测的数据翻转位。一般由硬件自动设置，软件写1可使其手动翻转。

STAT_RX，占据两位。

00表示该端点不可用，无回应。

01表示响应STALL

10响应NAK

11表示端点有效，可接收数据。

SETUP标志。收到SETUP令牌包时置位。用户收到数据后需检查次位。

第11位。

EP_TYPE，两位，表示端点类型。

00表示批量端点。

01表示控制端点

10表示等时端点。

11表示中断端点。

EP_KIND，端点特殊类型。在EP_TYP