正点原子STM32 USB读卡器代码分析

整个USB工作流程可以参考
《我的基于STM32的USB学习笔记》

USB读卡器的基本原理就是向主机提供SD读写功能，并不需要加入文件系统功能。
USB设备的实现步骤：

1、 初始化系统时钟，设置USB时钟
2、 配置USB中断，选择通道，设置优先级，使能中断
3、 配置GPIO
4、 USB的初始化，对描述符、设备的端点接口等的初始化
5、 FLASH的初始化

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sd_size=(long long)SD_GetSectorCount()*512;        //得到SD卡容量,字节.
    Mass_Memory_Size[0]=sd_size%4294967296;            //当SD卡容量超过4G的时候,需要用到两个u32来表示
    Mass_Memory_Size[1]=sd_size>>32;             //容量的高32位
    Mass_Block_Size[0] =512;                        //因为我们在Init里面设置了SD卡的操作字节为512个,所以这里一定是512个字节.
    Mass_Block_Count[0]=sd_size/Mass_Block_Size[0];    //得到扇区数
    LCD_ShowString(60,150,"USB Connecting...");        //提示SD卡已经准备了
    //USB配置
    USB_Interrupts_Config();
    Set_USBClock();
    USB_Init();

1.  第一步，USB_Interrupts_Config函数配置USB中断。

//USB中断配置
void USB_Interrupts_Config(void)
{

    EXTI->IMR|=1<<18;// 开启线18上的中断
     EXTI->RTSR|=1<<18;//line 18上事件上升降沿触发
    MY_NVIC_Init(1,0,USB_LP_CAN_RX0_IRQChannel,2);//组2，优先级次之
    MY_NVIC_Init(0,0,USBWakeUp_IRQChannel,2); //组2，优先级最高
}

USB_LP_CAN_RX0_IRQChannel就是USB低优先级通道的配置宏，在汇编代码STM32F10x.s 中配置了中断向量指向的函数地址:
......
DCD     USB_LP_CAN_RX0_IRQHandler ; USB Low  Priority or CAN RX0
......


配置了USB_LP_CAN_RX0_IRQChannel的优先级，相当于做好了USB中断初始化的工作，当触发中断时就会执行服务函数USB_LP_CAN_RX0_IRQHandler，USB的向量中断服务函数在Stm32f10x_it.c (usb\config)文件中定义：
void USB_LP_CAN_RX0_IRQHandler(void)
{
  USB_Istr();
}

void USBWakeUp_IRQHandler(void)
{}
 这是个空函数，所以唤醒中断不会做任何处理。

2. 设置时钟，Set_USBClock()。

//配置USB时钟,USBclk=48Mhz
void Set_USBClock(void)
{
     RCC->CFGR&=~(1<<22); //USBclk=PLLclk/1.5=48Mhz
    RCC->APB1ENR|=1<<23; //USB时钟使能
}

3.

//初始化USB
void USB_Init(void)
{
    pInformation = &Device_Info;
    pInformation->ControlState = 2;
    pProperty = &Device_Property;
    pUser_Standard_Requests = &User_Standard_Requests;
    /* Initialize devices one by one */
    pProperty->Init();

这里有几个全局变量，我们一个个分析.

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "usb_lib.h"

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
/* The number of current endpoint, it will be used to specify an endpoint */
 u8    EPindex;
/* The number of current device, it is an index to the Device_Table */
/* u8    Device_no; */
/* Points to the DEVICE_INFO structure of current device */
/* The purpose of this register is to speed up the execution */
DEVICE_INFO *pInformation;
/* Points to the DEVICE_PROP structure of current device */
/* The purpose of this register is to speed up the execution */
DEVICE_PROP *pProperty;
/* Temporary save the state of Rx & Tx status. */
/* Whenever the Rx or Tx state is changed, its value is saved */
/* in this variable first and will be set to the EPRB or EPRA */
/* at the end of interrupt process */
u16    SaveState ;
u16  wInterrupt_Mask;
DEVICE_INFO    Device_Info;
USER_STANDARD_REQUESTS *pUser_Standard_Requests;

/* Extern variables ----------------------------------------------------------*/
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
/* Private functions ---------------------------------------------------------*/

//初始化USB
void USB_Init(void)
{
    pInformation = &Device_Info;
    pInformation->ControlState = 2;
    pProperty = &Device_Property;
    pUser_Standard_Requests = &User_Standard_Requests;
    /* Initialize devices one by one */
    pProperty->Init();
}

pProperty->Init实际上是执行Mass_init函数，读取芯片ID，向主机发送描述符的时候会用到芯片ID。
Device_Info是一个_DEVICE_INFO类型的结构体

typedef struct _DEVICE_INFO
{
  u8 USBbmRequestType; /* bmRequestType */
  u8 USBbRequest; /* bRequest */
  u16_u8 USBwValues; /* wValue */
  u16_u8 USBwIndexs; /* wIndex */
  u16_u8 USBwLengths; /* wLength */

  u8 ControlState; /* of type CONTROL_STATE */
  u8 Current_Feature;
  u8 Current_Configuration; /* Selected configuration */
  u8 Current_Interface; /* Selected interface of current configuration */
  u8 Current_AlternateSetting;/* Selected Alternate Setting of current
                                     interface*/

  ENDPOINT_INFO Ctrl_Info;
}DEVICE_INFO;

Device_Property 是一个DEVICE_PROP 类型的结构体：

DEVICE_PROP Device_Property =
  {
    MASS_init,
    MASS_Reset,
    MASS_Status_In,
    MASS_Status_Out,
    MASS_Data_Setup,
    MASS_NoData_Setup,
    MASS_Get_Interface_Setting,
    MASS_GetDeviceDescriptor,
    MASS_GetConfigDescriptor,
    MASS_GetStringDescriptor,
    0,
    0x40 /*MAX PACKET SIZE*/
  }

Mass_init内容为

void MASS_init()
{
  /* Update the serial number string descriptor with the data from the unique
  ID*/
  Get_SerialNum();

  pInformation->Current_Configuration = 0;

  /* Connect the device */
  PowerOn();

  /* USB interrupts initialization */
  /* clear pending interrupts */
  _SetISTR(0);
  wInterrupt_Mask = IMR_MSK;
  /* set interrupts mask */
  _SetCNTR(wInterrupt_Mask);

  bDeviceState = UNCONNECTED;
}

_SetISTR关闭中断，寄存器地址为0x4000 5C44，见stm32中文参考手册  21.5.1 USB中断状态寄存器(USB_ISTR)



这里终于看到了和SD卡操作的有关代码。
在main函数里只做了一件事情：获取bDeviceState、Usb_Status_Reg的值，做相应处理（LCD显示，重设bDeviceState）。


先了解USB初始化流程：
第一步其实是USB的枚举过程，这个阶段所有事务都属于控制传输。步骤如下：
1、 主机发setup令牌包（通知设备准备接收数据，包含了地址和端点号）->主机输出数据包（请求描述符，会触发端点0 OUT中断）->握手包ACK
数据传送方向：主>从                                                                     主>从                                                               从>主

2、                  IN令牌包->设备返回数据包（描述符）->主机发ACK
数据传送方向：主>从         从>主                                  主>从


这里注意一点，setup令牌包同样会触发设备的端点0输出中断。设备根据收到的数据包（标准请求），在端点0缓冲区中准备好数据（描述符）（具体放什么数据，需要用户编写代码实现），在下一次收到IN令牌包时自动送到总线上（不需要用户干预）。

1. 主机检测到USB设备接入，唤醒设备。
2. 设备被触发唤醒中断和复位中断，设备第一次复位。
3. 建立过程：主机发送0地址SETUP令牌包、标准请求包(指明请求的数据长度64字节，若按照USB协议规范，设备接着应该在缓冲区准备64字节，但实际上设备只需要准备8个字节，超过的部分windows不理会，这是微软的BUG，但是成了潮流)，触发设备端点0输出中断，设备收到数据后返回ACK。
4. 数据过程：主机发送OUT令牌包，设备返回描述符（Setup0_Process ->  Data_Setup0），主机发ACK。
5. 状态过程：主机发OUT令牌包，发0字节数据包，设备返回ACK。
6. 
   
7. 主机第二次发复位信号，建立过程：主机发送SETUP包，标准请求包（请求设置地址），设备返回ACK。
   
8. 数据过程：无
9. 状态过程：主机发送IN令牌包，设备返回0字节状态数据包，主机发ACK。
10. 
    
11. 主机第三次发复位信号，建立过程：主机发送新地址SETUP包，标准请求包（请求返回设备描述符，触发设备端点0输出中断，此时设备要在缓冲区中准备设备描述符），设备返回ACK。
12. 数据过程：主机发IN令牌包（触发设备端点0输入中断），设备返回设备描述符（包含配置集合长度），主机发ACK
13. 状态过程：主机发OUT令牌包，主机发0字节数据包（表面自己已收到数据），设备发ACK。
14. 接下来是N次数据传输，和获取设备描述符（12~13）的过程差不多，设备返回配置集合（配置描述符、接口描述符、端点描述符，通过CopyRoutine函数发送）

以上14个步骤中，其中2~14每次来回（主机启动事务、设备返回请求的数据）都是一次控制传输事务（有可能不对，反正我是这么理解的）。


这里重新讲解一下USB的事务，很多USB资料都没讲明白，或者说我没看明白^_^。USB每做一件“事情”都是一个事务，包括主机枚举设备，发送一次数据，主机接收一次数据，都是以事务为单位完成的。
事务分为4种类型：控制、批量（Bulk）、同步（等时）、中断。
其中枚举过程一定是控制传输事务，并且是通过多次次控制传输事务才完成的。
一次事务通常由两个或者三个包组成，令牌包、数据包（可选）、握手包。
令牌包是必须的，用来启动一次事务。
枚举过程基本都是控制传输。

这篇文章讲得很清楚（圈圈都没讲枚举是控制传输）：
USB设备枚举过程分析：