13.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

通過本實(shí)驗(yàn)主要學(xué)習(xí)以下內(nèi)容：

? USB協(xié)議基本原理

? GD32F4xx USBFS的使用

? 虛擬鍵盤的協(xié)議原理及使用

13.2 實(shí)驗(yàn)原理

13.2.1 USB通信基礎(chǔ)知識(shí)

USB的全稱是Universal Serial Bus,通用串行總線。它的出現(xiàn)主要是為了簡化個(gè)人計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備的連接，增加易用性。USB支持熱插拔，并且是即插即用的，另外，它還具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性，傳輸速度也很快，這些特性使支持USB接口的電子設(shè)備更易用、更大眾化。GD32F4xx系列MCU集成了USB2.0全速OTG模塊以及高速OTG模塊。首先為大家介紹USB通信的一些基礎(chǔ)知識(shí)，包括USB協(xié)議、枚舉流程等，建議讀者可以多多閱讀USB協(xié)議，以更深入了解USB，USB官網(wǎng)鏈接如下，可參考：https://www.usb.org/

13.2.1.1 USB金字塔型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

塔頂為USB主控制器和根集線器(Root Hub)，下面接USB集線器(Hub)，集線器將一個(gè)USB口擴(kuò)展為多個(gè)USB口，USB2.0規(guī)定集線器的層數(shù)最多為6層，理論上一個(gè)USB主控制器最多可接127個(gè)設(shè)備，因?yàn)閰f(xié)議規(guī)定USB設(shè)備具有一個(gè)7 bit的地址(取值范圍為0~127，而地址0是保留給未初始化的設(shè)備使用的)。

13.2.1.2 NRZI編碼

USB采用差分信號(hào)傳輸，使用的是如上圖所示的NRZI編碼方式：數(shù)據(jù)為0時(shí)，電平翻轉(zhuǎn)；數(shù)據(jù)為1時(shí)，電平不翻轉(zhuǎn)。如果出現(xiàn)6個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)1，則插入一個(gè)數(shù)據(jù)0，強(qiáng)制電平翻轉(zhuǎn)，以便時(shí)鐘同步。上面的一條線表示的是原始數(shù)據(jù)序列，下面的一條線表示的是經(jīng)過NRZI編碼后的數(shù)據(jù)序列。

13.2.1.3 USB數(shù)據(jù)協(xié)議

USB數(shù)據(jù)是由二進(jìn)制數(shù)據(jù)串組成，首先由數(shù)據(jù)串構(gòu)成包(packet)，包再構(gòu)成事務(wù)(transaction)，事務(wù)最終構(gòu)成傳輸(transfer)。

USB傳輸?shù)淖钚挝粸榘粋€(gè)包被分成不同的域，根據(jù)不同類型的包，所包含的域是不一樣的，但是不同的包有個(gè)共同的特點(diǎn)，就是以包起始(SOP)開始，之后是同步域(0x00000001)，然后是包內(nèi)容，最后以包結(jié)束符(EOP)結(jié)束這個(gè)包。PID為標(biāo)識(shí)域，由四位標(biāo)識(shí)符加4位標(biāo)識(shí)符反碼構(gòu)成，表明包的類型和格式。根據(jù)PID的不同，USB協(xié)議中規(guī)定的包類型有令牌包、數(shù)據(jù)包、握手包和特殊包等。

USB事務(wù)通常有兩個(gè)或三個(gè)包組成：令牌包、數(shù)據(jù)包和握手包，令牌包用來啟動(dòng)一個(gè)事務(wù)，總是由主機(jī)發(fā)送；數(shù)據(jù)包用來傳輸數(shù)據(jù)；握手包由數(shù)據(jù)接收者進(jìn)行發(fā)送，表明數(shù)據(jù)的接收情況。批量、同步和中斷傳輸每次傳輸都是一個(gè)事務(wù)，控制傳輸包括三個(gè)階段：建立過程、數(shù)據(jù)過程和狀態(tài)過程。

針對不同的數(shù)據(jù)傳輸場景，USB分為四種數(shù)據(jù)傳輸模式，這四種傳輸模式分別由不同的包(packet)組成，并且有不同的數(shù)據(jù)處理策略。每種數(shù)據(jù)傳輸模式的流程示意圖以及應(yīng)用場景如下：

? 控制傳輸一般用于命令和狀態(tài)的傳輸，分為控制讀、控制寫和無數(shù)據(jù)控制傳輸。在設(shè)備枚舉的過程中，采用控制傳輸方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

? 批量傳輸分為批量讀和批量寫，用于數(shù)據(jù)量大、對實(shí)時(shí)性要求不高的場合，如U盤。

? 中斷傳輸用于數(shù)據(jù)量小的場合，保證查詢頻率，如鼠標(biāo)、鍵盤。

? 同步傳輸用于數(shù)據(jù)量大、同時(shí)對實(shí)時(shí)性要求較高的場合，如音視頻。不保證數(shù)據(jù)完整性，沒有ACK/NAK應(yīng)答包，不進(jìn)行數(shù)據(jù)重傳。

13.2.1.4 USB描述符

? 一個(gè)USB設(shè)備通常有一個(gè)或多個(gè)配置，但在同一時(shí)刻只能有一個(gè)配置；

? 一個(gè)配置通常有一個(gè)或多個(gè)接口；

? 一個(gè)接口通常有一個(gè)或多個(gè)端點(diǎn)；

在USB通信中，USB設(shè)備需要配置多個(gè)USB描述符用以枚舉階段將描述符返回給主機(jī)，用以主機(jī)的枚舉以及識(shí)別。USB描述符包括設(shè)備描述符、配置描述符、接口描述符、端點(diǎn)描述符以及字符串描述符等。在GD32 USBD固件庫中，針對各種描述符都按照USB協(xié)議定義了相關(guān)結(jié)構(gòu)體，具體說明如下。

? 設(shè)備描述符

每個(gè)設(shè)備必須有一個(gè)設(shè)備描述符，設(shè)備描述符提供了關(guān)于設(shè)備的配置、設(shè)備所歸屬的類、設(shè)備所遵循的協(xié)議代碼、VID、PID等信息，其相關(guān)結(jié)構(gòu)體定義如下。

C
typedef struct _usb_desc_dev {
usb_desc_header header; ??????????????????????/*!< descriptor header, including type and size */
uint16_t bcdUSB; ?????????????????????????????/*!< BCD of the supported USB specification */
uint8_t ?bDeviceClass; ???????????????????????/*!< USB device class */
uint8_t ?bDeviceSubClass; ????????????????????/*!< USB device subclass */
uint8_t ?bDeviceProtocol; ????????????????????/*!< USB device protocol */
uint8_t ?bMaxPacketSize0; ????????????????????/*!< size of the control (address 0) endpoint's bank in bytes */
uint16_t idVendor; ???????????????????????????/*!< vendor ID for the USB product */
uint16_t idProduct; ??????????????????????????/*!< unique product ID for the USB product */
uint16_t bcdDevice; ??????????????????????????/*!< product release (version) number */
uint8_t ?iManufacturer; ??????????????????????/*!< string index for the manufacturer's name */
uint8_t ?iProduct; ???????????????????????????/*!< string index for the product name/details */
uint8_t ?iSerialNumber; ??????????????????????/*!< string index for the product's globally unique hexadecimal serial number */
uint8_t ?bNumberConfigurations; ??????????????/*!< total number of configurations supported by the device */
} usb_desc_dev;

? 配置描述符

每個(gè)USB設(shè)備都至少具有一個(gè)配置描述符，在設(shè)備描述符中規(guī)定了該設(shè)備有多少種配置，每種配置都有一個(gè)描述符，其相關(guān)結(jié)構(gòu)體定義如下。

C
typedef struct _usb_desc_config {
usb_desc_header header; ??????????????????????/*!< descriptor header, including type and size */

uint16_t wTotalLength; ???????????????????????/*!< size of the configuration descriptor header, and all sub descriptors inside the configuration */
uint8_t ?bNumInterfaces; ?????????????????????/*!< total number of interfaces in the configuration */
uint8_t ?bConfigurationValue; ????????????????/*!< configuration index of the current configuration */
uint8_t ?iConfiguration; ?????????????????????/*!< index of a string descriptor describing the configuration */
uint8_t ?bmAttributes; ???????????????????????/*!< configuration attributes */
uint8_t ?bMaxPower; ??????????????????????????/*!< maximum power consumption of the device while in the current configuration */
} usb_desc_config;

? 接口描述符

接口描述符用以描述接口信息，接口描述符不能單獨(dú)返回，必須附著在配置描述符后一并返回，其相關(guān)結(jié)構(gòu)體定義如下。

C
typedef struct _usb_desc_itf {
usb_desc_header header; ??????????????????????/*!< descriptor header, including type and size */
uint8_t bInterfaceNumber; ????????????????????/*!< index of the interface in the current configuration */
uint8_t bAlternateSetting; ???????????????????/*!< alternate setting for the interface number */
uint8_t bNumEndpoints; ???????????????????????/*!< total number of endpoints in the interface */
uint8_t bInterfaceClass; ?????????????????????/*!< interface class ID */
uint8_t bInterfaceSubClass; ??????????????????/*!< interface subclass ID */
uint8_t bInterfaceProtocol; ??????????????????/*!< interface protocol ID */
uint8_t iInterface; ??????????????????????????/*!< index of the string descriptor describing the interface */
} usb_desc_itf;

? 端點(diǎn)描述符

端點(diǎn)描述符用以描述端點(diǎn)信息，端點(diǎn)描述符不能單獨(dú)返回，必須附著在配置描述符后一并返回，其相關(guān)結(jié)構(gòu)體定義如下。

C
typedef struct _usb_desc_ep {
usb_desc_header header; ??????????????????????/*!< descriptor header, including type and size */
uint8_t ?bEndpointAddress; ???????????????????/*!< logical address of the endpoint */
uint8_t ?bmAttributes; ???????????????????????/*!< endpoint attribute */
uint16_t wMaxPacketSize; ?????????????????????/*!< size of the endpoint bank, in bytes */
uint8_t ?bInterval; ??????????????????????????/*!< polling interval in milliseconds for the endpoint if it is an INTERRUPT or ISOCHRONOUS type */
} usb_desc_ep;

? 字符串描述符

字符串描述符可含有指向描述制造商、產(chǎn)品、序列號(hào)、配置和接口的字符串的索引。類和制造商專屬描述符可含有指向額外字符串描述符的索引。對字符串描述符的支持是可選的，有些類可能會(huì)需要它們。

C
typedef struct _usb_desc_str {
usb_desc_header header; ??????????????????????/*!< descriptor header, including type and size. */
uint16_t unicode_string[64]; ?????????????????/*!< unicode string data */
} usb_desc_str;

13.2.1.5 USB枚舉過程

USB枚舉實(shí)際上是host檢測到device插入后，通過發(fā)送各種標(biāo)準(zhǔn)請求，請device返回各種USB描述符的過程。USB枚舉的示意圖如下：

13.2.2 GD32 USBD模塊簡介

GD32F4xx系列MCU提供了一個(gè)USB2.0全速USBFS OTG接口模塊和一個(gè)USB2.0 高速 USBHS接口模塊，其中，USBHS若需要使用高速接口，需要外接USBHS高速PHY芯片，如果不外借高速PHY，其可以作為USBFS接口，因而GD32F4XX在不接外部高速PHY的情況下，其可以使用兩個(gè)USBFS接口。

USBFS支持USB 2.0協(xié)議所定義的四種傳輸類型（控制、批量、中斷和同步傳輸），本開發(fā)板使用的是USBFS接口，以下為大家介紹USBFS接口功能。

USBFS主要特性如下：

n 支持USB 2.0全速（12Mb/s） /低速（1.5Mb/s）主機(jī)模式；

n 支持USB 2.0全速（12Mb/s） 設(shè)備模式；

n 支持遵循HNP（主機(jī)協(xié)商協(xié)議）和SRP（會(huì)話請求協(xié)議）的OTG協(xié)議；

n 支持所有的4種傳輸方式：控制傳輸、批量傳輸、中斷傳輸和同步傳輸；

n 在主機(jī)模式下，包含USB事務(wù)調(diào)度器，用于有效地處理USB事務(wù)請求；

n 包含一個(gè)1.25KB的FIFO RAM；

n 在主機(jī)模式下，支持8個(gè)通道；

n 在主機(jī)模式下，包含2個(gè)發(fā)送FIFO（周期性發(fā)送FIFO和非周期性發(fā)送FIFO）和1個(gè)接收

FIFO（由所有的通道共享）；

n 在設(shè)備模式下，包含4個(gè)發(fā)送FIFO（每個(gè)IN端點(diǎn)一個(gè)發(fā)送FIFO）和1個(gè)接收FIFO（由所有

的OUT端點(diǎn)共享）；

n 在設(shè)備模式下， 支持4個(gè)OUT端點(diǎn)和4個(gè)IN端點(diǎn)；

n 在設(shè)備模式下，支持遠(yuǎn)程喚醒功能；

n 包含一個(gè)支持USB協(xié)議的全速USB PHY；

n 在主機(jī)模式下， SOF的時(shí)間間隔可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)；

n 可將SOF脈沖輸出到PAD；

n 可檢測ID引腳電平和VBUS電壓；

n 在主機(jī)模式或者OTG A設(shè)備模式下，需要外部部件為連接的USB設(shè)備提供電源。

USBD模塊框圖如下所示。

13.2.3 USBFS固件庫說明

USBFS 固件庫使用指南可以參考官網(wǎng)相關(guān)文檔，下載地址如下：https://www.gd32mcu.com/download/down/document_id/372/path_type/2

13.3 硬件設(shè)計(jì)

GD32F470紫藤派開發(fā)板的USB通信接口選擇的是目前較為通用的Type C接口，讀者手中的用于手機(jī)充電的Type C通信線即可使用。

13.4 代碼解析

本例程主要實(shí)現(xiàn)通過按鍵向PC發(fā)送鍵值的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)模擬鍵盤的效果。

本例程主函數(shù)如下所示。

C
int main(void)
{
usb_gpio_config();
usb_rcu_config();
usb_timer_init();

hid_itfop_register (&hid_keyboard, &fop_handler);

usbd_init (&hid_keyboard,

ifdef USE_USB_FS

USB_CORE_ENUM_FS,

elif defined(USE_USB_HS)

USB_CORE_ENUM_HS,

endif

&hid_desc,
&usbd_hid_cb);

usb_intr_config();

/* check if USB device is enumerated successfully */
while (USBD_CONFIGURED != hid_keyboard.dev.cur_status) {
}

while (1) {
fop_handler.hid_itf_data_process(&hid_keyboard);
}
}

gpio的配置如下，定義為全速模式，主要配置PA11和PA12引腳。

C
void usb_gpio_config(void)
{
rcu_periph_clock_enable(RCU_SYSCFG);

ifdef USE_USB_FS

rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);

/* USBFS_DM(PA11) and USBFS_DP(PA12) GPIO pin configuration */
gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_11 | GPIO_PIN_12);
gpio_output_options_set(GPIOA, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_MAX, GPIO_PIN_11 | GPIO_PIN_12);

gpio_af_set(GPIOA, GPIO_AF_10, GPIO_PIN_11 | GPIO_PIN_12);

elif defined(USE_USB_HS)

ifdef USE_ULPI_PHY

rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB);
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOC);
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOH);

rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOI);

/* ULPI_STP(PC0) GPIO pin configuration */
gpio_mode_set(GPIOC, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_0);
gpio_output_options_set(GPIOC, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_MAX, GPIO_PIN_0);

/* ULPI_CK(PA5) GPIO pin configuration */
gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_5);
gpio_output_options_set(GPIOA, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_MAX, GPIO_PIN_5);

/* ULPI_NXT(PH4) GPIO pin configuration */
gpio_mode_set(GPIOH, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_4);
gpio_output_options_set(GPIOH, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_MAX, GPIO_PIN_4);

/* ULPI_DIR(PI11) GPIO pin configuration */
gpio_mode_set(GPIOI, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_11);
gpio_output_options_set(GPIOI, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_MAX, GPIO_PIN_11);

/* ULPI_D1(PB0), ULPI_D2(PB1), ULPI_D3(PB10), ULPI_D4(PB11) \
ULPI_D5(PB12), ULPI_D6(PB13) and ULPI_D7(PB5) GPIO pin configuration */
gpio_mode_set(GPIOB, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_NONE, \
GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_12 |\
GPIO_PIN_11 | GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_0);
gpio_output_options_set(GPIOB, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_MAX, \
GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_12 |\
GPIO_PIN_11 | GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_0);

/* ULPI_D0(PA3) GPIO pin configuration */
gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_3);

gpio_output_options_set(GPIOA, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_MAX, GPIO_PIN_3);

gpio_af_set(GPIOC, GPIO_AF_10, GPIO_PIN_0);
gpio_af_set(GPIOH, GPIO_AF_10, GPIO_PIN_4);
gpio_af_set(GPIOI, GPIO_AF_10, GPIO_PIN_11);
gpio_af_set(GPIOA, GPIO_AF_10, GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_3);
gpio_af_set(GPIOB, GPIO_AF_10, GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_12 |\
GPIO_PIN_11 | GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_0);

elif defined(USE_EMBEDDED_PHY)

rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB);

/* USBHS_DM(PB14) and USBHS_DP(PB15) GPIO pin configuration */
gpio_mode_set(GPIOB, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15);
gpio_output_options_set(GPIOB, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_MAX, GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15);
gpio_af_set(GPIOB, GPIO_AF_12, GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15);

endif /* USE_ULPI_PHY */

endif /* USE_USBFS */

}

rcu的配置如下，主要用于配置USB時(shí)鐘，USB需要一個(gè)穩(wěn)定的48M時(shí)鐘。

C
void usb_rcu_config(void)
{

ifdef USE_USB_FS

rcu_pll48m_clock_config(RCU_PLL48MSRC_PLLQ);
rcu_ck48m_clock_config(RCU_CK48MSRC_PLL48M);

rcu_periph_clock_enable(RCU_USBFS);

elif defined(USE_USB_HS)

ifdef USE_EMBEDDED_PHY

rcu_pll48m_clock_config(RCU_PLL48MSRC_PLLQ);
rcu_ck48m_clock_config(RCU_CK48MSRC_PLL48M);

elif defined(USE_ULPI_PHY)

rcu_periph_clock_enable(RCU_USBHSULPI);

endif /* USE_EMBEDDED_PHY */

rcu_periph_clock_enable(RCU_USBHS);

endif /* USB_USBFS */

}

Usb timer的配置如下，主要用于延遲。

C
void usb_timer_init (void)
{
/* configure the priority group to 2 bits */
nvic_priority_group_set(NVIC_PRIGROUP_PRE2_SUB2);

/* enable the TIMER2 global interrupt */
nvic_irq_enable((uint8_t)TIMER2_IRQn, 1U, 0U);

rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER2);
}

注冊HID接口操作函數(shù)如下所示。在該代碼清單中，注冊了HID接口操作的配置以及數(shù)據(jù)處理函數(shù)句柄，用于后續(xù)函數(shù)調(diào)用。

C
uint8_t hid_itfop_register (usb_dev *udev, hid_fop_handler *hid_fop)
{
if (NULL != hid_fop) {
udev->dev.user_data = (void *)hid_fop;

return USBD_OK;
}

return USBD_FAIL;
}

USBD內(nèi)核初始化函數(shù)如下所示。在該代碼清單中，首先配置設(shè)備類callback函數(shù)，之后創(chuàng)建字符串，配置USB以及初始化USB內(nèi)核，斷開USB連接，初始化USB設(shè)備模式，之后設(shè)置USB連接，將USB連接狀態(tài)配置為DEFAULT默認(rèn)狀態(tài)，啟動(dòng)狀態(tài)機(jī)。

C
void usbd_init (usb_core_driver *udev, usb_core_enum core,

usb_desc *desc, usb_class_core *class_core)
{
udev->dev.desc = desc;

/* class callbacks */
udev->dev.class_core = class_core;

/* create serial string */
serial_string_get(udev->dev.desc->strings[STR_IDX_SERIAL]);

/* configure USB capabilities */
(void)usb_basic_init (&udev->bp, &udev->regs, core);

usb_globalint_disable(&udev->regs);

/* initializes the USB core*/
(void)usb_core_init (udev->bp, &udev->regs);

/* set device disconnect */
usbd_disconnect (udev);

ifndef USE_OTG_MODE

usb_curmode_set(&udev->regs, DEVICE_MODE);

endif /* USE_OTG_MODE */

/* initializes device mode */
(void)usb_devcore_init (udev);

usb_globalint_enable(&udev->regs);

/* set device connect */
usbd_connect (udev);

udev->dev.cur_status = (uint8_t)USBD_DEFAULT;

}

配置USB中斷函數(shù)如下。

C
void usb_intr_config(void)
{
nvic_priority_group_set(NVIC_PRIGROUP_PRE2_SUB2);

ifdef USE_USB_FS

nvic_irq_enable((uint8_t)USBFS_IRQn, 3U, 0U);

if USBFS_LOW_POWER

/* enable the power module clock */
rcu_periph_clock_enable(RCU_PMU);

/* USB wakeup EXTI line configuration */
exti_interrupt_flag_clear(EXTI_18);
exti_init(EXTI_18, EXTI_INTERRUPT, EXTI_TRIG_RISING);
exti_interrupt_enable(EXTI_18);

nvic_irq_enable((uint8_t)USBFS_WKUP_IRQn, 0U, 0U);

endif /* USBFS_LOW_POWER */

elif defined(USE_USB_HS)

nvic_irq_enable((uint8_t)USBHS_IRQn, 3U, 0U);

if USBHS_LOW_POWER

/* enable the power module clock */
rcu_periph_clock_enable(RCU_PMU);

/* USB wakeup EXTI line configuration */
exti_interrupt_flag_clear(EXTI_20);
exti_init(EXTI_20, EXTI_INTERRUPT, EXTI_TRIG_RISING);
exti_interrupt_enable(EXTI_20);

nvic_irq_enable((uint8_t)USBHS_WKUP_IRQn, 0U, 0U);

endif /* USBHS_LOW_POWER */

endif /* USE_USB_FS */

ifdef USB_HS_DEDICATED_EP1_ENABLED

nvic_irq_enable(USBHS_EP1_Out_IRQn, 1, 0);
nvic_irq_enable(USBHS_EP1_In_IRQn, 1, 0);

endif /* USB_HS_DEDICATED_EP1_ENABLED */

}

內(nèi)部上拉電阻被上拉后，主機(jī)將會(huì)對設(shè)備進(jìn)行枚舉，設(shè)備端采用while (USBD_CONFIGURED != hid_keyboard.dev.cur_status) 語句進(jìn)行等待。當(dāng)USB設(shè)備狀態(tài)變?yōu)閁SBD_CONFIGURED狀態(tài)時(shí)，表明設(shè)備枚舉完成。

枚舉完成之后，程序?qū)⑦M(jìn)入主循環(huán)中，在主循環(huán)中，循環(huán)調(diào)用HID USB模擬鍵盤數(shù)據(jù)處理函數(shù)，在該函數(shù)中，首先判斷上次傳輸是否完成，完成之后通過掃描按鍵的方式查看按鍵是否被按下，若按鍵被按下，則通過hid_report_send()函數(shù)發(fā)送鍵盤報(bào)告數(shù)據(jù)。

C
static void hid_key_data_send(usb_dev *udev)
{
standard_hid_handler *hid = (standard_hid_handler *)udev->dev.class_data[USBD_HID_INTERFACE];

if (hid->prev_transfer_complete) {
switch (key_state()) {
case CHAR_A:
hid->data[2] = 0x04U;
break;
case CHAR_B:
hid->data[2] = 0x05U;
break;
default:
break;
}

if (0U != hid->data[2]) {
hid_report_send(udev, hid->data, HID_IN_PACKET);
}
}
}

報(bào)文發(fā)送函數(shù)定義如下，該函數(shù)包含三個(gè)參數(shù)，udev為初始化后的設(shè)備操作結(jié)構(gòu)體；report為發(fā)送報(bào)告緩沖區(qū)地址；len為發(fā)送報(bào)告的長度。在該函數(shù)中，如果設(shè)備已經(jīng)被枚舉成功，則首先將prev_transfer_complete標(biāo)志位設(shè)置為0，表明接下來將進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)并未發(fā)送完成，之后，調(diào)用usbd_ep_send()將需要發(fā)送的報(bào)告拷貝到USB外設(shè)緩沖區(qū)中并設(shè)置端點(diǎn)為有效狀態(tài)，等待主機(jī)發(fā)送IN令牌包，USB設(shè)備將外設(shè)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)。

C
uint8_t hid_report_send (usb_dev *udev, uint8_t *report, uint32_t len)
{
standard_hid_handler *hid = (standard_hid_handler *)udev->dev.class_data[USBD_HID_INTERFACE];

hid->prev_transfer_complete = 0U;

usbd_ep_send(udev, HID_IN_EP, report, len);

return USBD_OK;
}

當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完成，USB設(shè)備將調(diào)用hid_data_in()函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。該函數(shù)程序如下所示。在該函數(shù)中，首先判斷hid->data[2]的數(shù)據(jù)是否為0x00，如果不為0x00表明上次發(fā)送的為按鍵按下的鍵值，還需發(fā)送按鍵松開的鍵值，如果為0x00表明上次按鍵按下和松開的鍵值均已發(fā)送完成，之后將prev_transfer_complete設(shè)置為1，表明上一次的按鍵數(shù)據(jù)傳輸完成，可進(jìn)行下次按鍵數(shù)據(jù)傳輸。

C
static uint8_t hid_data_in (usb_dev *udev, uint8_t ep_num)
{
standard_hid_handler *hid = (standard_hid_handler *)udev->dev.class_data[USBD_HID_INTERFACE];

if (0U != hid->data[2]) {
hid->data[2] = 0x00U;

usbd_ep_send(udev, HID_IN_EP, hid->data, HID_IN_PACKET);
} else {
hid->prev_transfer_complete = 1U;
}

return USBD_OK;
}

在該例程中通過hid->prev_transfer_complete數(shù)據(jù)流程標(biāo)志位進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送控制，讀者可使用該標(biāo)志位用于對數(shù)據(jù)發(fā)送的控制，當(dāng)該標(biāo)志位為0的時(shí)候，表明數(shù)據(jù)已被填送到USB緩沖區(qū)，但還沒有發(fā)送給主機(jī)，此時(shí)MCU不能繼續(xù)調(diào)用發(fā)送函數(shù)向緩沖區(qū)中填數(shù)據(jù)，否則可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)覆蓋丟失，正確做法是等待該標(biāo)志位置位，表明上一包數(shù)據(jù)已被主機(jī)讀取，然后再繼續(xù)發(fā)送后續(xù)數(shù)據(jù)。

13.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

將本例程燒錄到紫藤派開發(fā)板中，通過Type C數(shù)據(jù)線連接開發(fā)板和PC，之后分別按下WKUP和USER按鍵，將會(huì)向PC發(fā)送A、B鍵值。

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