STM32例程之USB HID双向数据传输（源码下载）

1.   将STM32的USB枚举为HID设备。

2.   STM32使用3个端点，端点0用于枚举用，端点1和2用于数据的发送和接收。

3.   端点长度为64，也就是单次最多可以传输64个字节数据。

4.   STM32获取上位机下发的数据并将该数据通过USB原样返回，同时将数据打印输出。

5.   上位机程序通过调用windows的API实现对HID设备的读写控制。

USB接口原理图：
 
HID枚举成功：
 
程序效果图
 
图一上位机程序运行图
 
图二  STM32串口打印输出
 
图三 Bus Hound抓取的数据
程序部分代码
STM32的报告描述符：

1.  constuint8_t CustomHID_ReportDescriptor[CUSTOMHID_SIZ_REPORT_DESC] = 

2.  { 

3.         0x05, 0x8c, /* USAGE_PAGE (ST Page) */ 

4.         0x09, 0x01, /* USAGE (Demo Kit) */ 

5.         0xa1, 0x01, /* COLLECTION (Application) */ 

6.         

7.         // The Input report 

8.         0x09,0x03, // USAGE ID - Vendor defined 

9.         0x15,0x00, // LOGICAL_MINIMUM (0) 

10.        0x26,0x00, 0xFF, // LOGICAL_MAXIMUM (255) 

11.        0x75,0x08, // REPORT_SIZE (8bit) 

12.        0x95,0x40, // REPORT_COUNT (64Byte) 

13.        0x81,0x02, // INPUT (Data,Var,Abs) 

14.  

15.        // The Output report 

16.        0x09,0x04, // USAGE ID - Vendor defined 

17.        0x15,0x00, // LOGICAL_MINIMUM (0) 

18.        0x26,0x00,0xFF, // LOGICAL_MAXIMUM (255) 

19.        0x75,0x08, // REPORT_SIZE (8bit) 

20.        0x95,0x40, // REPORT_COUNT (64Byte) 

21.        0x91,0x02, // OUTPUT (Data,Var,Abs) 

22.  

23.        0xc0 /* END_COLLECTION */ 

24. }; /*CustomHID_ReportDescriptor */

复制代码

上位机测试程序

1.  /**

2.    *@brief  发送数据后读取数据 

3.    *@param  None

4.    *@retval None

5.    */

6.  voidHIDSampleFunc(void)   

7.  {      

8.         HANDLE       hDev;      

9.         BYTE        recvDataBuf[1024],reportBuf[1024];;                  

10.        DWORD        bytes;      

11.        hDev = OpenMyHIDDevice(0); // 打开设备，不使用重叠（异步）方式 ;      

12.        if (hDev == INVALID_HANDLE_VALUE){          

13.               printf("INVALID_HANDLE_VALUE\n");

14.                return;  

15.        }

16.        reportBuf[0] = 0; // 输出报告的报告 ID 是 0     

17.        for(int i=0;i

18.               reportBuf[i+1]=i+1;//将数据存放在数据缓冲区

19.        }

20.        printf("开始写数据到设备...\n");

21.        // 写入数据到设备，注意，第三个参数值必须为REPORT_COUNT+1，否则会返回1784错误

22.        if (!WriteFile(hDev, reportBuf, REPORT_COUNT+1,&bytes, NULL)){           

23.                printf("writedata error! %d\n",GetLastError());

24.                return;    

25.        }else{

26.                printf("成功向设备写出%d个数据...\n",bytes);

27.        }

28.        printf("开始从设备读取数据...\n");

29.        // 从设备读取数据，注意，第三个参数值必须大于等于REPORT_COUNT+1，否则会返回1784错误

30.        if(!ReadFile(hDev, recvDataBuf, REPORT_COUNT+1,&bytes, NULL)){ // 读取设备发给主机的数据  

31.                printf("readdata error! %d\n",GetLastError());

32.                return;    

33.        }else{

34.                printf("成功向设备读出%d个数据...\n",bytes);

35.        }

36.        printf("设备返回的数据为：\n");

37.        //显示读取回来的数据

38.        for(int i=0;i

39.                printf("0x%02X",recvDataBuf[i+1]);

40.        }

41.        printf("\n\r");

42. }  

复制代码

源码下载
STM32程序下载：   stm32_usb_hid.zip (2.62 MB, 下载次数: 6366) 
STM32F105/107版本源码下载：   usb_hid.rar (2.16 MB, 下载次数: 5175) 
HID上位机程序下载（VS2010）：   STM32_HID_PC_Driver.zip (259.02 KB, 下载次数: 2590) 
HID上位机程序下载（VS2008）：   PC_HID.zip (133.6 KB, 下载次数: 1924) 

USB开发相关资料下载
 USB2.0技术规范(中文).pdf (2.59 MB, 下载次数: 2991) 
 Windows主机端与自定义USB_HID设备通信详解.pdf (259.12 KB, 下载次数: 1934) 
 STM32F10xxx USB-FS-Device firmwarelibrary.pdf (1.27 MB, 下载次数: 2412) 
 STM32F10xxx USB开发工具包.pdf (978.66 KB, 下载次数: 2588) 
 STM32_USB-FS-Device_Lib_V3.0.1.zip (822.59 KB, 下载次数: 2068) 
 STM32_usb固件库.pdf (978.66 KB, 下载次数: 2457) 
 基于STM32的USB程序开发笔记.pdf (2.42 MB, 下载次数: 3155) 
 深入解析STM32_USB-FS-Device_Lib库.pdf (697.35 KB, 下载次数: 1958) 

 描述符在文件usb_desc.c中。第一个要改的是设备描述符。设备描述符的结构都标准的，长度也是固定的。范例中的USB设备描述符如下：
/* USB Standard Device Descriptor */
const u8 Joystick_DeviceDescriptor[JOYSTICK_SIZ_DEVICE_DESC]=
{
 0x12,                      /*bLength */
 USB_DEVICE_DESCRIPTOR_TYPE, /*bDescriptorType*/
 0x00,                      /*bcdUSB */
 0x02,
 0x00,                      /*bDeviceClass*/
 0x00,                      /*bDeviceSubClass*/
 0x00,                      /*bDeviceProtocol*/
 0x40,                      /*bMaxPacketSize40*/
 0x83,                      /*idVendor (0x0483)*/
 0x04,
 0x10,                      /*idProduct = 0x5710*/
 0x57,
 0x00,                      /*bcdDevice rel. 2.00*/
 0x02,
 1,   /*Index of string descriptor describing
                           manufacturer */
 2,  /*Index of string descriptor describing
                         product*/
 3,       /*Index of string descriptordescribing the
                   device serial number */
 0x01              /*bNumConfigurations*/
}; /* Joystick_DeviceDescriptor */

我们只需要修改这里的idVendor（即VID）和idProduct（即PID）即可。它们是用来供电脑端识别设备以加载驱动用的，所以必须不能跟现有的设备相冲突。VID和PID都是两字节，低字节在前，高字节在后。例如这里的VID为0x0483，写在里面就是0x83,0x04。我们将VID改成0x1234，将PID改成0x4321，即: 0x34, 0x12, 0x21, 0x43。

    然后再修改配置描述符集合。配置描述符集合包括配置描述符、接口描述符、类特殊描述符（这里是HID描述符）、以及端点描述符。如果你需要增加端点，那么在最后增加就行了，注意要记得修改JOYSTICK_SIZ_CONFIG_DESC的值为配置描述符集合的长度。第一部分为配置描述符。通常这里不需要修改，除非你要改成该配置有多个接口（USB复合设备），那么应该修改bNumInterfaces，需要多少个就改成多少个，这里只有一个接口，所以值为1。第二部分为接口描述符，在接口描述符中决定该接口所实现的功能，例如HID设备，或者是大容量存储设备等等。其中bInterfaceNumber为该接口的编号，从0开始。这里只有一个接口，所以它的值为0，如果又更多的接口，则依次编号。注意一个接口完整结束（包括该接口下的类特殊描述符和端点描述符）后，才开始一个新的接口。bNumEndpoints为该接口所使用的端点数目（不包括端点0），原来的程序是实现鼠标功能的，所以只有一个输入端点。我们这里增加一个输出端点，用来控制LED（键盘上有大写字母锁定、小键盘数字键锁定等指示灯），因此将bNumEndpoints改为2。
bInterfaceClass为接口所使用的类，这里指定为HID设备，USB键盘和鼠标都是HID设备，这里不用修改，如果你要实现其它设备，请根据USB协议所规定的类来修改。bInterfaceSubClass为接口所使用的子类，在HID设备类下规定了两种子类，系统引导时能用的和不能用的，这里为1，表示系统引导时能使用。bInterfaceProtocol为接口的协议，原来为鼠标，这里改为1，键盘。第三部分为HID描述符，只有HID设备才有，如果你要修改成其它设备，则用其它设备的类特殊描述符代替或者没有，在这里不用做修改。第四部分为输入端点1的端点描述符，原来代码中，设置的端点最大包长度（wMaxPacketSize）为4字节，我们将其改成8字节。另外，我们再增加一个输出端点1，将最后的输入端点1描述符复制一份，然后修改地址（bEndpointAddress）为0x01，这表示该端点为输出端点，地址为1。由bEndpointAddress的最高位表示方向，1为输入，0为输出，最后4位表示地址。最后，要记得在usb_desc.h文件中修改JOYSTICK_SIZ_CONFIG_DESC的长度为41，因为我们增加了7字节。实际修改好的配置描述符集合如下：

/* USBConfiguration Descriptor */
/* All Descriptors (Configuration, Interface, Endpoint, Class, Vendor */
const u8 Joystick_ConfigDescriptor[JOYSTICK_SIZ_CONFIG_DESC] =
{
 //以下为配置描述符
 0x09, /* bLength: Configuation Descriptor size */
 USB_CONFIGURATION_DESCRIPTOR_TYPE, /* bDescriptorType: Configuration */
 JOYSTICK_SIZ_CONFIG_DESC,
 /* wTotalLength: Bytes returned */
 0x00,
 0x01,         /*bNumInterfaces: 1interface*/
 0x01,        /*bConfigurationValue: Configuration value*/
 0x00,         /*iConfiguration:Index of string descriptor describing
              the configuration*/
 0xC0,         /*bmAttributes:self powered */
 0x32,         /*MaxPower 100 mA:this current is used for detecting Vbus*/

 //以下为接口描述符
 /************** Descriptor of Joystick Mouse interface ****************/
 /* 09 */
 0x09,         /*bLength:Interface Descriptor size*/
 USB_INTERFACE_DESCRIPTOR_TYPE,/*bDescriptorType: Interface descriptortype*/
 0x00,         /*bInterfaceNumber:Number of Interface*/
 0x00,        /*bAlternateSetting: Alternate setting*/
 0x02,         /*bNumEndpoints*/
 0x03,         /*bInterfaceClass:HID*/
 0x01,        /*bInterfaceSubClass : 1=BOOT, 0=no boot*/
 0x01,        /*bInterfaceProtocol : 0=none, 1=keyboard, 2=mouse*/
 0,           /*iInterface: Index of string descriptor*/

 //以下为HID描述符
 /******************** Descriptor of Joystick Mouse HID********************/
 /* 18 */
 0x09,         /*bLength: HIDDescriptor size*/
 HID_DESCRIPTOR_TYPE, /*bDescriptorType: HID*/
 0x00,         /*bcdHID: HID ClassSpec release number*/
 0x01,
 0x00,         /*bCountryCode:Hardware target country*/
 0x01,         /*bNumDescriptors:Number of HID class descriptors to follow*/
 0x22,         /*bDescriptorType*/
 JOYSTICK_SIZ_REPORT_DESC,/*wItemLength: Total length of Reportdescriptor*/
 0x00,
 
 //以下为输入端点1描述符
 /******************** Descriptor of Joystick Mouse endpoint********************/
 /* 27 */
 0x07,          /*bLength:Endpoint Descriptor size*/
 USB_ENDPOINT_DESCRIPTOR_TYPE, /*bDescriptorType:*/
 0x81,         /*bEndpointAddress: Endpoint Address (IN)*/
 0x03,         /*bmAttributes: Interrupt endpoint*/
 0x08,         /*wMaxPacketSize: 8 Byte max */
 0x00,
 0x20,          /*bInterval:Polling Interval (32 ms)*/

 //以下为输出端但1描述符
 /* 34 */
 0x07,          /*bLength:Endpoint Descriptor size*/
 USB_ENDPOINT_DESCRIPTOR_TYPE, /*bDescriptorType:*/
 0x01,         /*bEndpointAddress: Endpoint Address (OUT)*/
 0x03,         /*bmAttributes: Interrupt endpoint*/
 0x08,         /*wMaxPacketSize: 8 Byte max */
 0x00,
 0x20,          /*bInterval: PollingInterval (32 ms)*/
/* 41 */
};

接下来，还需要修改报告描述符，报告描述符比较复杂，这里就不详述了，直接给出修改好的报告描述符如下：
const u8 Joystick_ReportDescriptor[JOYSTICK_SIZ_REPORT_DESC] =
{
 0x05, 0x01, // USAGE_PAGE (Generic Desktop)
 0x09, 0x06, // USAGE (Keyboard)
 0xa1, 0x01, // COLLECTION (Application)
 0x05, 0x07, //     USAGE_PAGE (Keyboard/Keypad)
 0x19, 0xe0, //     USAGE_MINIMUM (KeyboardLeftControl)
 0x29, 0xe7, //     USAGE_MAXIMUM (Keyboard Right GUI)
 0x15, 0x00, //     LOGICAL_MINIMUM (0)
 0x25, 0x01, //     LOGICAL_MAXIMUM (1)
 0x95, 0x08, //     REPORT_COUNT (8)
 0x75, 0x01, //     REPORT_SIZE (1)
 0x81, 0x02, //     INPUT (Data,Var,Abs)
 0x95, 0x01, //     REPORT_COUNT (1)
 0x75, 0x08, //     REPORT_SIZE (8)
 0x81, 0x03, //     INPUT (Cnst,Var,Abs)
 0x95, 0x06, //   REPORT_COUNT (6)
 0x75, 0x08, //   REPORT_SIZE (8)
 0x25, 0xFF, //   LOGICAL_MAXIMUM (255)
 0x19, 0x00, //   USAGE_MINIMUM (Reserved (no event indicated))
 0x29, 0x65, //   USAGE_MAXIMUM (Keyboard Application)
 0x81, 0x00, //     INPUT (Data,Ary,Abs)
 0x25, 0x01, //     LOGICAL_MAXIMUM (1)
 0x95, 0x05, //   REPORT_COUNT (5)
 0x75, 0x01, //   REPORT_SIZE (1)
 0x05, 0x08, //   USAGE_PAGE (LEDs)
 0x19, 0x01, //   USAGE_MINIMUM (Num Lock)
 0x29, 0x02, //   USAGE_MAXIMUM (Caps Lock)
 0x91, 0x02, //   OUTPUT (Data,Var,Abs)
 0x95, 0x01, //   REPORT_COUNT (1)
 0x75, 0x06, //   REPORT_SIZE (6)
 0x91, 0x03, //   OUTPUT (Cnst,Var,Abs)
 0xc0        // END_COLLECTION
};

该报告描述符说明输入报告为8字节，第一字节为特殊键，用位图表示，第二字节保留，第三至第八字节为普通按键。我们将原来的摇杆功能改成键盘上的4个方向键，中键选择键为回车键，另外KEY2和KEY3分别做大写字母锁定键和数字锁锁定键。输出报告为1字节，其中最低两位分别为Num Lock灯和Caps Lock灯。

Joystick_StringLangID描述符不用修改，Joystick_StringVendor、Joystick_StringProduct分别为厂商字符串和设备字符串，不改也可以，但是显示出来就是原来的内容，最好还是自己修改下。这里使用的是Unicode编码，可以直接使用圈圈以前写小程序自动生成该描述符，该工具的地址为：http://computer00.21ic.org/user1/2198/archives/2007/42769.html。Joystick_StringSerial为产品序列号，它也是Unicode编码，这里可以不用修改，当然你修改也可以。这里我将厂商字符串改成“电脑圈圈的家当”，产品字符串改成“电脑圈圈修改的简易USB键盘”。

好了，描述符改完了，就需要去修改数据处理了。我们启用了一个新的端点，端点1输出，原来的程序中并未对它进行初始化，所以我们需要先增加对端点1输出的初始化。在usb_prop.c文件中，找到void Joystick_Reset(void)函数，该函数是负责初始化端点的。原来对端点1输入的初始化设置为4字节，我们将它改成8字节。并增加对端点输出的初始化，最终修改的代码部分如下：

  /*Initialize Endpoint In 1 */
  SetEPType(ENDP1, EP_INTERRUPT); //初始化为中断端点类型
  SetEPTxAddr(ENDP1, ENDP1_TXADDR); //设置发送数据的地址
  SetEPTxCount(ENDP1, 8); //设置发送的长度
//  SetEPRxStatus(ENDP1, EP_RX_DIS);
  SetEPTxStatus(ENDP1, EP_TX_NAK); //设置端点处于忙状态
  
  /* Initialize Endpoint Out 1 */
  SetEPRxAddr(ENDP1, ENDP1_RXADDR); //设置接收数据的地址
  SetEPRxCount(ENDP1, 1);  //设置接收长度
  SetEPRxStatus(ENDP1, EP_RX_VALID); //设置端点有效，可以接收数据

需要在usb_conf.h中增加对ENDP1_RXADDR的定义：
#define ENDP1_RXADDR        (0xD8)

然后，修改原来在main函数中发送数据的处理。这里我们使用圈圈前几天写的按键及摇杆驱动（见http://blog.ednchina.com/computer00/142610/message.aspx）。
修改主循环中的内容如下：
  while (1)
  {
    DelayXms(5);  //延时5ms
    KeyScan(); //扫描一次键盘
    if (KeyUp||KeyDown)
    {
      Joystick_Send(KeyPress); //发送按键
      KeyUp="0";  //清除事件
      KeyDown="0";
    }
  }

然后，在hw_config.c中修改Joystick_Send函数，根据不同的按键来发送按键情况，具体怎么修改这里就不说了，最后使用函数 UserToPMABufferCopy将缓冲区中的数据复制到端点1的输出缓冲中，再使用函数SetEPTxValid(ENDP1)使端点1数据有效，从而发送出去。

对于输出，我们还需要增加一个回调函数来处理，因为原来的输出端点1的回调函数是个空函数。在usb_conf.h中找到#define  EP1_OUT_Callback   NOP_Process 一行，它将端点1输出回调函数定义为空处理函数。我们将它删除，换成我们自己的回调处理函数：voidEP1_OUT_Callback(void);。然后回到main.c中增加该函数的实际代码，它主要用来控制LED的状态。在使用LED之前，当然要记得初始化这些IO口为输出状态，以及使能PC口的时钟，还有前面的键盘扫描也要增加对相应的IO口初始化，这些初始化代码在voidSet_System(void)函数中处理。LED连接在PC口上，在stm32f10x_conf.h文件中，将#define _GPIOC宏使能，原本该宏是被注释掉的，这样会提示GPIOC没有定义。

处理接收数据的回调函数和发送数据的函数代码分别如下：

voidEP1_OUT_Callback(void)
{
 u8 DataLen; //保存接收数据的长度
 u8 DataBuffer[64]; //保存接收数据的缓冲区
 
 DataLen = GetEPRxCount(ENDP1); //获取收到的长度
 PMAToUserBufferCopy(DataBuffer, ENDP1_RXADDR, DataLen); //复制数据
 SetEPRxValid(ENDP1); //设置端点有效，以接收下一次数据
 
 if(DataLen==1) //收到一字节的输出报告
 {
  //D0位表示数字键盘灯，D1位表示大写字母锁定灯
  if(DataBuffer[0]&0x01)  //数字键盘灯亮
  {
   GPIOC->BSRR=(1<<6); //亮LED3
  }
  else
  {
   GPIOC->BRR=(1<<6); //灭LED3
  }
  if(DataBuffer[0]&0x02) //大写字母锁定键
  {
   GPIOC->BSRR=(1<<7); //亮LED2
  }
  else
  {
   GPIOC->BRR=(1<<7); //灭LED2
  }
 }
}

void Joystick_Send(u8 Keys)
{
  u8 Buffer[8] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
  u8 i;
  i="2";
  
  //对各个按键进行处理。注意，由于这里的摇杆5个按键
  //不可能同时按下，所以返回的普通键数量不会超过6个。
  //如果你的键盘同时按下的普通键能够超过6个的话，就需要做
  //点特殊处理了，将后面6字节全部设置为0xFF，表示按键无法识别。
  if(Keys&KEY_UP)
  {
   Buffer[i]=0x52; //Keyboard UpArrow
   i++;
  }
  if(Keys&KEY_DOWN)
  {
   Buffer[i]=0x51; //Keyboard DownArrow
   i++;
  }
  if(Keys&KEY_LEFT)
  {
   Buffer[i]=0x50; //Keyboard LeftArrow
   i++;
  }
  if(Keys&KEY_RIGHT)
  {
   Buffer[i]=0x4F; //Keyboard RightArrow
   i++;
  }
  if(Keys&KEY_2)
  {
   Buffer[i]=0x39; //Keyboard Caps Lock
   i++;
  }
  if(Keys&KEY_3)
  {
   Buffer[i]=0x53; //Keypad Num Lock and Clear
   i++;
  }
  if(Keys&KEY_SEL)
  {
   Buffer[i]=0x28; //Keyboard Return (ENTER)
  }
  /*copy mouse position info in ENDP1 Tx Packet Memory Area*/
  UserToPMABufferCopy(Buffer, GetEPTxAddr(ENDP1), 8);
  /* enable endpoint for transmission */
  SetEPTxValid(ENDP1);
}

程序运行后，可在设备管理器中看到新增加的USB人体学输入设备和一个键盘设备。如下图：