正点原子嵌入式linux驱动开发——Linux USB驱动

USB是很常用的接口，目前大多数的设备都是USB接口的，比如鼠标、键盘、USB摄像
头等，在实际开发中也常常遇到USB接口的设备，本章就来学习一下如何使能Linux内核自带的USB驱动。这里不会具体学习USB的驱动开发。

USB接口简介

什么是USB

USB全称为Universal Serial Bus，翻译过来就是通用串行总线。由英特尔与众多电脑公司提出来，用于规范电脑与外部设备的连接与通讯。目前USB接口已经得到了大范围的应用，已经是电脑、手机等终端设备的必配接口，甚至取代了大量的其他接口。比如最新的智能手机均采用USB TypeC取到了传统的3.5mm耳机接口，苹果最新的MacBook只有 USB TypeC接口，至于其他的HDMI、网口等均可以通过USB TypeC扩展坞来扩展。

按照大版本划分，USB目前可以划分为USB1.0、USB2.0、USB3.0以及正在即将到来的USB4.0。

• USB1.0：USB规范于1995年第一次发布，由Inter、IBM、Microsoft等公司组成的USB-IF(USB Implement Forum)组织提出。USB-IF在1996年正式发布USB1.0，理论速度为1.5Mbps。1998 年USBIF在USB1.0的基础上提出了USB1.1规范。
• USB2.0：USB2.0依旧由Inter、IBM、Microsoft等公司提出并发布，USB2.0分为两个版本:Full-Speed和High-Speed，也就是全速(FS)和高速(HS)。USB2.0 FS的速度为12Mbps，USB2.0 HS速度为480Mbps。目前大多数单片机以及低端Cortex-A芯片配置的都是USB2.0接口，比如STM32MP157。USB2.0全面兼容USB1.0标准。
• USB3.0：USB3.0同样由Inter等公司发起的，USB3.0最大理论传输速度为5.0Gbps，USB3.0引入了全双工数据传输，USB2.0的480Mbps为半双工。USB3.0中两根线用于发送数据，另外两根用于接收数据。在USB3.0的基础上又提出了USB3.1、USB3.2等规范，USB3.1理论传输速度提升到了10Gbps，USB3.2理论传输速度为20Gbps。为了规范 USB3.0标准的命名，USB-IF公布了最新的USB命名规范，原来的USB3.0和USB3.1命名将不会采用，所有的3.0 版本的USB都命名为 USB3.2，以前的USB3.0、USB3.1和USB3.2分别叫做USB3.2 Gen1、USB3.2 Gen2、USB3.2 Gen 2X2。
• USB4.0：目前还在标准定制中，目前还没有设备搭载，据说是在Inter的雷电3接口上改进而来。USB4.0的速度将提升到了40Gbps，最高支持100W的供电能力，只需要一根线就可以完成数据传输与供电，极大的简化了设备之间的链接线数，期待USB4.0设备上市。

如果按照接口类型划分的话USB就要分为很多种了，最常见的就是USB A插头和插座，如下图所示：

使用过JLINK调试器的朋友应该还见过USB B插头和插座，USB B插头和插座如下图所示：

USB插头在不断的缩小，由此产生了Mini USB接口，Mini USB插头和插座如下图所示：

比Mini USB更小的就是Micro USB接口了，以前的智能手机基本都是Micro USB接口的，Micro USB插头和插座如下图所示：

现在最流行的就是USB Typec了，正点原子的STM32MP1开发板使用的是USB Typec接口，USB Typec插头和插座如下图所示：

USB电气特性

Mini USB电气属性

先以Mini USB为例讲解一下USB的基本电气属性。Mini USB线一般都是一头为USB A插头，一头为Mini USB插头。一共有四个触点，也就是4根线，这四根线的顺序如下图所示：

如上图所示，USB A插头从左到右线序依次为 1,2,3,4，第1根线为VBUS，电压为5V，第2根线为D-，第3根线为D+，第4根线为GND。USB采用差分信号来传输数据，因此有D-和D+两根差分信号线。仔细观察的话会发现USB A插头的1和4这两个触点比较
长，2和3这两个触点比较短。1和4分别为VBUS和GND，也就是供电引脚，当插入 USB的时候会先供电，然后再接通数据线。拔出的时候先断开数据线，然后再断开电源线。

再观察一下Mini USB插头，会发现Mini USB插头有5个触点，也就是5根线，线序
从左往右依次是1-5。第1根线为VCC(5V)，第2根线为D-，第3根线为D+，第4根线为ID，第5根线为GND。可以看出Mini USB插头相比USB A插头多了一个ID线，这个ID线用于
实现OTG功能，通过ID线来判断当前连接的是主设备(HOST)还是从设备(SLAVE)。

USB是一种支持热插拔的总线接口，使用差分线(D-和 D+)来传输数据，USB支持两种供电模式：总线供电和自供电，总线供电就是由USB接口为外部设备供电，在USB2.0下，总线供电最大可以提供500mA的电流。

USB拓补结构

USB是主从结构的，也就是分为主机和从机两部分，一般主机叫做Host，从机叫做Device。主机通过USB A插座来连接外部的设备，比如电脑作为主机，对外提供USB A插座，可以通过USB线来连接一些USB设备，比如声卡、手机等。因此电脑带的USB A插座数量就决定了能外接多少个USB设备，如果不够用的话可以购买USB集线器来扩展电脑的USB插口，USB集线器也叫做USB HUB，USB HUB如下图所示：

上图是一个一拖四的USB HUB，也就是将一个USB接口扩展为4个。主机一般会带几个原生的USB主控制器，比如STM32MP1就有两个原生的USB主控制器，因此STM32MP1
对外提供两个USB接口，这两个接口肯定不够用，正点原子的STM32MP1开发板上有6个HOST接口，六路都是USB2通过USB HUB芯片扩展出来的，稍后会讲解其原理图。

虽然可以对原生的USB口数量进行扩展，但是不能对原生USB口的带宽进行扩展，比如STM32MP1的两个原生USB口都是USB2.0的，带宽最大为480Mbps，因此接到下面的所有USB设备总带宽最大为480Mbps。

USB只能主机与设备之间进行数据通信，USB 主机与主机、设备与设备之间是不能通信的。因此两个正常通信的USB接口之间必定有一个主机，一个设备。为此使用了不同的插头和插座来区分主机与设备，比如主机提供 USB A插座，从机提供Mini USB、Micro USB 等插座。在一个USB系统中，仅有一个USB主机，但是可以有多个USB设备，包括USB功能设备和USB HUB，最多支持127个设备。一个USB主控制器支持128个地址，地址0是默认地址，只有在设备枚举的时候才会使用，地址0不会分配给任何一个设备。所以一个USB主控制器最多可以分配127个地址。整个USB的拓扑结构就是一个分层的金字塔形，如下图所示：

上图中可以看出从Root Hub开始，一共有7层，金字塔顶部是Root Hub，这个是USB控制器内部的。图中的Hub就是连接的USB集线器，Func就是具体的USB设备。

USB主机和从机之间的通信通过管道(Pipe)来完成，管道是一个逻辑概念，任何一个USB设备一旦上电就会存在一个管道，也就是默认管道，USB主机通过管道来获取从机的描述符、配置等信息。在主机端管道其实就是一组缓冲区，用来存放主机数据，在设备端管道对应一个特定的端点。

USB OTG

USB分为HOST(主机)和从机(或DEVICE)，有些设备可能有时候需要做HOST，有时候又需要做DEVICE，配两个USB口当然可以实现，但是太浪费资源了。如果一个USB接口既可以做HOST又可以做DEVICE那就太好了，使用起来就方便很多。为此，USB OTG 应运而生，OTG是On-The-Go的缩写，支持USB OTG功能的USB接口既可以做HOST，也可以做DEVICE。为了区分当前的工作状态，这里就引入了ID线这个概念，前面讲解USB电气属性的时候已经说过了，Mini USB插头有5根线，其中一条就是ID线。ID线的高低电平表示USB口工作在HOST还是DEVICE模式：

• ID=1：OTG设备工作在从机模式。
• ID=0：OTG设备工作在主机模式。

支持OTG模式的USB接口一般都是Mini USB、Micro USB 等这些带有ID线的接口。正点原子的STM32MP1开发板OTG模式是使用USB Type C做接口，没有ID线。USB Type C有自己的识别方法，稍后会讲解TypeC接口电气属性。正点原子的STM32MP157开发板USB_OTG连接到了STM32MP1的USB1接口上。如果要使用OTG的主机模式，那么就需要一根OTG线，TypeC接口的OTG线如下图所示：

可以看出，TypeC OTG线一头是USB A插座，一头是Typec插头，将TypeC插头插入机器的TypeC口上，需要连接的USB设备插到另一端的USB A插座上，比如U盘。TypeC的CC引脚检查到USB设备已经接入，就会建立USB设备为主模式，机器就知道自己要做为一个主机，用来连接外部的从机设备(U 盘)。

STM32MP1 USB接口简介

STM32MP157提供了两个USB2.0接口，这两个USB接口都是支持高速模式，也就是480Mbit/S，这两个USB接口都内置了高速PHY。其中USB2支持OTG功能，正点原子STM32MP157开发板上的USB OTG接口就是链接到USB2接口上的。USB1接口连接了一个HUB芯片，实现了USB Host接口扩展。

STM32MP1内部集成了三个跟USB相关的控制器名字分别为：USB OTG控制器、USB Host控制器和USB HS PHY控制器，提供一个简称方便书写：OTG、USBH和PHY。接着分析一下这三个控制器是如何工作的。

PHY控制器

PHY(英语：Port Physical Layer)，中文可称之为端口物理层，是一个对OSI模型物理层的共同简称。PHY控制器主要是提供两个端口，端口1已经规定分配给USB Host控制器，端口2可以分配给USB OTG和USB Host。

OTG控制器

此控制器是支持OTG功能，它的内部特性如下所示：

1. 此控制器有一个独立的内核USB OTG HS。
2. 该控制器支持HS、FS和LS模式，不管是主机还是从机模式都支持HS/FS/LS，硬件支持OTG信号、会话请求协议和主机协商协议，支持8个双向端点，还支持PHY接口。
3. 内嵌一个DMA。
4. 支持片上全速PHY、连接外部全速PHY的I2C接口和连接外部高速PHY的ULPL接口。
5. 具有采用高级FIFO控制的4 KB专用RAM。

OTG控制器有两个模式：正常模式(normal mode)和低功耗模式(low power mode)。OTG控制器都可以运行在高速模式(HS 480Mbps)、全速模式(LS 12Mbps)和低速模式(1.5Mbps)。正常模式下每个OTG控制器都可以工作在主机(HOST)或从机(DEVICE)模式下，每个USB控制器都有其对应的接口。低功耗模式顾名思义就是为了节省功耗，USB2.0 协议中要求，设备在上行端口检测到空闲状态以后就可以进入挂起状态。在从机(DEVICE)模式下，端口停止活动3ms以后OTG控制器内核进入挂起状态。在主机(HOST)模式下，OTG控制器内核不会自动进入挂起状态，但是可以通过软件设置。不管是本地还是远端的USB主从机都可以通过产生唤醒序列来重新开始USB通信。

USBH控制器

USBH控制器这是一个主机控制器，此控制器由EHCI控制器和OHCI控制器组成。USBH控制器只能做主机模式。

这里简单提一下OHCI、UHCI、EHCI和xHCI，这四个是用来描述USB控制器规格
的，区别如下：

• OHCI：全称为Open Host Controller Interface，这是一种USB控制器标准，厂商在设计USB控制器的时候需要遵循此标准，用于USB1.1标准。OHCI不仅仅用于USB，也支持一些其他的接口，比如苹果的Firewire等，OHCI由于硬件比较难，所以软件要求就降低了，软件相对来说比较简单。OHCI主要用于非X86的USB，比如扩展卡、嵌入式USB控制器。
• UHCI：全称是Universal Host Controller Interface，UHCI是Inter主导的一个用于USB1.0/1.1的标准，与OHCI不兼容。与OHCI相比UHCI硬件要求低，但是软件要求相应就高了，因此硬件成本上就比较低。
• EHCI：全称是Enhanced Host Controller Interface，是Inter主导的一个用于USB2.0的USB控制器标准。EHCI仅提供USB2.0的高速功能，至于全速和低速功能就由OHCI或UHCI来提供。
• xHCI：全称是eXtensible Host Controller Interface，是目前最流行的USB3.0控制器标准，在速度、能效和虚拟化等方面比前三个都有较大的提高。xHCI支持所有速度种类的USB设备，xHCI出现的目的就是为了替换前面三个。

通俗来讲，OHCI就是FS模式，也就是低速模式，EHCI是HS模式，也就是高速模式。

USB Typec电气属性

USB TypeC接口引脚定义

STM32MP157有两个USB2接口，所以可以直接使用Mini USB或者Micro USB。但是目前USB TypeC接口非常普及，为了方便使用，正点原子STM32MP157开发板上的USB接口采用了TypeC。

接下来就看一下USB TypeC接口(根据USB协议，也叫做USB3.1接口)电气属性，由于TypeC功能比较复杂，比如支持PD充电、显示、音频等，这里只讲解一下TypeC的数据
通信部分。首先来看一下TypeC的接口定义，这里只看母头的引脚定义，如下图所示：

从上图中可以看出，标准的USB TypeC有24根线，分为上下两部分，明显比前面讲的Mini USB要多不少引脚，这些引脚按照功能分类：

• A1、A12、B1、B12：这4个引脚为GND。
• A2、A3、B2、B3：这4个引脚是USB3.1特有的，为超高速差分发送信号线，这个是USB2.0和USB1.0所没有的。
• A10、A11、B10、B11：这4个引脚也是USB3.1特有的，为超高速差分接收信号线，这个也是USB2.0和USB1.0所没有的。
• A4、A9、B4、B9：VBUS引脚，这个USB2.0也有。
• A5、B5：CC1和CC2这2个引脚为USB3.1特有的配置通道引脚。Type-C的插座中有两个CC脚，USB通信中的角色检测都是通过CC脚进行的。对于TypeC插头或者线缆正常只有一个CC引脚，两个端口连接在一起之后，只存在一个CC引脚连接，通过检测哪一个CC有连接，就可以判断连接的方向。如果USB线缆中有需供电的器件，其中一个CC引脚将作为VCONN供电。
  对于正点原子linux驱动教程里的USB章节来说，主要使用CC1和CC2引脚来实现USB OTG功能。
• A8、B8：SBU1和SBU2引脚，这两个并不是USB信号，而是用作其他功能的，比如TypeC作为DP接口使用的时候SBU用作音频传输通道。
• A6、A7、B6、B7：这4个引脚就是USB2.0的D+和D-，因为USB3.1要兼容USB2.0和USB1.0接口，所以必须要有D+和D-。

仔细看上图可看出，上下两排引脚是对应的，比如(A1,B1)、(A2,B2)等，一直到(A12,B12)。这是因为USB3.1要有能够正反插，因此上下两排引脚肯定要是一样的，这样才能在正反插的时候都能正常工作。

上图是TypeC接口标准的24P母头引脚，在进行TypeC母头选型的时候会发现也有16P甚至6P封装的接口。比如正点原子STM32MP157开发板上使用的就是16P的TypeC母座，16P 的母座引脚结构如下图所示：

上图就是16P的TypeC引脚示意图，从左到右依次是1-16 脚，注意1,2 脚、3,4 脚、13,14 脚和15,16脚离得很近，看起来像是一个引脚，其实他们是两个引脚。16P对应的引脚功能如下图所示：

可以看出，相比于标准24P引脚定义，16P的母座少了8根USB3.1高速差分收发数据线。

USB TypeC的Data Role

USB2.0根据数据传输方向定义了HOST/Device/OTG这三种类型的设备角色，其中OTG既可以做HOST也可以做Device，USB2.0的OTG设备接口通过ID线来区分HOST还是Device。在TypeC领域，也有类似的概念，但是名字变了：

1. DFP：DFP全称是Downstream Facing Port，也就是下行端口，可以理解为HOST，DFP提供VBUS、VCONN，可以接收数据。
2. UFP：UFP全称是Upstream Facing Port，也就是上行端口，可以理解为Device，UFP 从VBUS中取电源，UFP设备也可以传输数据，比如U盘，键盘鼠标等。
3. DRP：DRP全称是Dual Role Port，也就是双角色端口，可以理解为OTG，DRP既可以做DFP，也可以做UFP。也可以在DFP和UFP之间进行动态切换。这个切换过程就用到了CC引脚，具体识别过程比较复杂，这里就不讲解了。如果要在USB TypeC接口上实现DRP功能，那么就需要使用到外置的TypeC芯片！正点原子STM32MP157开发板使用了STUSB1600或FUSB302MPX这两种TypeC芯片。这两种芯片都有一个IIC配置接口，也就是需要编写驱动程序，否则的话DRP功能无法实现。

硬件原理图分析

正点原子的STM32MP1开发板USB部分原理图可以分为两部分：USB HUB以及USB OTG。

USB TypeC本来是给USB3.1准备的，单位了方便使用，所以正点原子STM32MP157开发板也使用了TypeC接口，但是本质上还是USB2.0协议，所以不要看到TypeC就以为支持USB3.0！

另外，使用TypeC接口实现OTG功能的话就需要外界TypeC芯片！通过专用的TypeC芯片来控制CC引脚实现USB的主从切换。V1.3版本以前的底板使用STUSB1600这颗TypeC芯片，V1.5版本以后的底板都使用FUSB302MPX。

依次来看一下这两部分的硬件原理图。

USB HUB原理图分析

首先来看一下USB HUB原理图，STM32MP1使用FE2.1这个HUB芯片将STM32MP1的USB2扩展成了7路HOST接口，其中一路供4G模块使用，因此就剩下了6个通用的USB A插座，原理图如下图所示：

上图中U21就是USB HUB芯片FE2.1，FE2.1是一款符合USB2.0标准的USB HUB芯片，支持一拖七扩展，可以将一路USB扩展为7路USB HOST接口。这里将STM32MP1的USB1扩展出了7路USB HOST接口，分别为HUB_DP1/DM1、HUB_DP2/DM2、HUB_DP3/DM3、HUB_DP4/DM4、HUB_DP5/DM5、HUB_DP6/DM6和HUB_DP7/DM7。其中HUB_DP7/DM7用于4G模块，因此对外提供的只有六个USB HOST接口，这三个USB HOST接口如下图所示：

注意，使用FE2.1扩展出来的7路USB接口只能用作HOST！

USB OTG原理图分析

正点原子的STM32MP1开发板上还有一路USB OTG接口，使用STM32MP1的USB OTG接口。此路USB OTG既可以作为主机(HOST)，也可以作为从机(DEVICE)，从而实现完整的OTG功能。V1.4版本以前的底板上TypeC芯片使用STUSB1600，V1.5及以后版本的底板使用FUSB302MPX这颗芯片。

现在购买的话都是V1.5以后的版本了，开发板的USB OTG是使用FUSB302MPX做控制。原理图如下图所示：

FUSB302PMX也是负责控制切换主机和从机模式的，MT9700HT5是负载开关，用来控制VBUS输出，当OTG_PWR_CTRL输出高电平的时候OUT引脚就输出5V电压，也就是VBUS变为5V。当OTG_PWR_CTRL输出低电平的时候OUT输出0V，相当于VBUS关闭。

所以当开发板上的TypeC接口作为主设备的时候，OTG_PWR_CTRL要输出高电平，VBUS输出5V，为外部USB设备供电。当TypeC接口作为从设备的时候，OTG_PWR_CTRL输出低电平。OTG_PWR_CTRL对应的GPIO 引脚为PZ6。

USB协议简介

USB描述符

USB描述符就是用来描述USB信息的，描述符就是一串按照一定规则构建的字符串，USB设备使用描述符来向主机报告自己的相关属性信息，常用的描述符如下图所示：

依次来看一下上图中这5个描述符的含义。

设备描述符

设备描述符用于描述USB设备的一般信息，USB设备只有一个设备描述符。设备描述符里面记录了设备的USB版本号、设备类型、VID(厂商 ID)、PID(产品 ID)、设备序列号等。设备描述符结构如下图所示：

配置描述符

设备描述符的bNumConfigurations域定义了一个USB设备的配置描述符数量，一个USB设备至少有一个配置描述符。配置描述符描述了设备可提供的接口(Interface)数量、配置编号、供电信息等，配置描述符结构如下图所示：

字符串描述符

字符串描述符是可选的，字符串描述符用于描述一些方便阅读的信息，比如制造商、设备名称等。如果一个设备没有字符串描述符，那么其他描述符中和字符串有关的索引值都必须为0，字符串描述符结构如下图所示：

wLANGID[0]~wLANGID[x]指明了设备支持的语言 ， 具体含义要查阅文档《USB_LANGIDs.pdf》。

主机会再次根据自己所需的语言向设备请求字符串描述符，这次主机会指明要得到的字符串索引值和语言。设备返回Unicode编码的字符串描述符，结构如下图所示：

接口描述符

配置描述符中指定了该配置下的接口数量，配置可以提供一个或多个接口，接口描述符用于描述接口属性。接口描述符中一般记录接口编号、接口对应的端点数量、接口所述的类等，接口描述符结构如下图所示：

端口描述符

接口描述符定义了其端点数量，端点是设备与主机之间进行数据传输的逻辑接口，除了端点0是双向端口，其他的端口都是单向的。端点描述符描述了树传输类型、方向、数据包大小、端点号等信息，端点描述符结构如下图所示：

USB数据包类型

USB是串行通信，需要一位一位的去传输数据，USB传输的时候先将原始数据进行打包，所以USB中传输的基本单元就是数据包。根据用途的不同，USB协议定义了4种不同的包结构：令牌(Token)包、数据(Data)包、握手(Handshake)包和特殊(Special)包。这四种包通过包标识符PID来区分，PID共有8位，USB协议使用低4位PID3-PID0，另外的高四位PID7-PID4是PID3-PID0的取反，传输顺序是PID0、PID1、PID2、PID3…PID7。令牌包的PID1-0为01，数据包的PID1-0 为11，握手包的PID1-0为10，特殊包的PID1-0为00。每种类型的包又有多种具体的包，如下图所示：

一个完整的包分为多个域，所有的数据包都是以同步域(SYNC)开始，后面紧跟着包标识符(PID)，最终都以包结束(EOP)信号结束。不同的数据包中间位域不同，一般有包目标地址(ADDR)、包目标端点(ENDP)、数据、帧索引、CRC等，这个要具体数据包具体分析。接下来简单看一下这些数据包的结构。

令牌包

令牌包结构如下图所示：

上图是一个SETUP令牌包结构，首先是SYNC同步域，包同步域为00000001，也就是连续7个0，后面跟一个1，如果是高速设备的话就是31个0后面跟一个1。紧跟着是PID，这里是SETUP包，为0XB4，是0XB4的原因如下：

1. ETUP包的PID3-PID0 为1101，因此对应的PID7~PID4就是0010。
2. PID传输顺序为PID0、PID1、PID2…PID7，因此按照传输顺序排列的话此处的PID就是10110100=0XB4，并不是0X2D。

PID后面跟着地址域(ADDR)和端点(ENDP)，为目标设备的地址和端点号。CRC5域是5位CRC值，是ADDR和ENDP这两个域的校验值。最后就是包结束域(EOP)，标记本数据包结束。其他令牌包的结构和SETUP基本类似，只是SOF令包中间没有ADDR和ENDP这两个域，而是只有一个11位的帧号域。

数据包

数据包结构如下图所示：

数据包比较简单，同样的，数据包从SYNC同步域开始，然后紧跟着是PID，这里就是DATA0，PID值为0XC3。接下来就是具体的数据，数据完了以后就是16位的CRC校验值，最后是EOP。

握手包

握手包结构如下图所示：

上图是ACK握手包，很简单，首先是SYNC同步域，然后就是ACK包的PID，为0X4B，最后就是EOP。其他的NAK、STALL、NYET和ERR握手包结构都是一样的，只是其中的PID不同而已。

USB传输类型

在端点描述符中bmAttributes指定了端点的传输类型，一共有4种，本节来看一下这四种传输类型的区别。

控制传输

控制传输一般用于特定的请求，比如枚举过程就是全部由控制传输来完成的，比如获取描述符、设置地址、设置配置等。控制传输分为三个阶段：建立阶段(SETUP)、数据阶(DATA)和状态阶段(STATUS)，其中数据阶段是可选的。建立阶段使用SETUP令牌包，SETUP使用DATA0包。数据阶段是 0 个、1个或多个输入(IN)/输出(OUT)事务，数据阶段的所有输入事务必须是同一个方向的，比如都为IN或都为OUT。数据阶段的第一个数据包必须是DATA1，每次正确传输以后就在DATA0和DATA1之间进行切换。数据阶段完成以后就是状态阶段，状态阶段的传输方向要和数据阶段相反，比如数据阶段为IN的话状态阶段就要为OUT，状态阶段使用DATA1包。比如一个读控制传输格式如下图所示：

同步传输

同步传输用于周期性、低时延、数据量大的场合，比如音视频传输，这些场合对于时延要求很高，但是不要求数据100%正确，允许有少量的错误。因此，同步传输没有握手阶段，即使数据传输出错了也不会重传。

批量传输

批量传输就是用于大批量传输大块数据的，这些数据对实时性没有要求，比如MSD类设备(存储设备)，U盘之类的。批量传输分为批量读(输入)和批量写(输出)，如果是批量读的话第一阶段就是IN令牌包，如果是批量写那么第一阶段就是OUT令牌包。

就以批量写为例简单介绍一下批量传输过程：

1. 主机发出OUT令牌包，令牌包里面包含了设备地址、端点等信息。
2. 如果OUT令牌包正确的话，也就是设备地址和端点号匹配，主机就会向设备发送一个数据(DATA)包，发送完成以后主机进入接收模式，等待设备返回握手包，一切都正确的话设备就会向主机返回一个ACK握手信号。

批量读的过程刚好相反：

1. 主机发出IN令牌包，令牌包里面包含了设备地址、端点等信息。发送完成以后主机就进入到数据接收状态，等待设备返回数据。
2. 如果IN令牌包正确的话，设备就会将一个DATA包放到总线上发送给主机。主机收到这个DATA包以后就会向设备发送一个ACK握手信号。

中断传输

这里的中断传输并不是传统意义上的硬件中断，而是一种保持一定频率的传输，中断传输适用于传输数据量小、具有周期性并且要求响应速度快的数据，比如键盘、鼠标等。中断的端点会在端点描述符中报告自己的查询时间间隔，对于时间要求严格的设备可以采用中断传输。

USB枚举

当USB设备与USB主机连接以后主机就会对USB设备进行枚举，通过枚举来获取设备的
描述符信息，主机得到这些信息以后就知道该加载什么样的驱动、如何进行通信等。USB 枚举过程如下：

1. 第一回合，当USB主机检测到USB设备插入以后机会发出总线复位信号来复位设备。USB设备复位完成以后地址为0，主机向地址0的端点0发送数据，请求设备的描述符。设备得到请求以后就会按照主机的要求将设备描述符发送给主机，主机得到设备发送过来的设备描述符以后，如果确认无误就会向设备返回一个确认数据包(ACK)。
2. 第二回合，主机再次复位设备，进入地址设置阶段。主机向地址0的端点0发送设置地址请求数据包，新的设备地址就包含在这个数据包中，因此没有数据过程。设备进入状态过程，等待主机请求状态返回，收到以后设备就会向主机发送一个0字节状态数据包，表明设备已经设置好地址了，主机收到这个0字节状态数据包以后会返回一个确认包(ACK)。设备收到主机发送的ACK包以后就会使用这个新的设备地址，至此设备就得到了一个唯一的地址。
3. 第三回合，主机向新的设备地址端点0发送请求设备描述符数据包，这一次主机要获取整个设备描述符，一共是18个字节。
4. 和第3步类似，接下来依次获取配置描述符、配置集合、字符串描述符等等。

STM32MP1 USB HOST驱动编写

接下来就开始编写USB HOST的驱动。USB子系统是一个标准和复杂的接口，所以驱动基本不用写，都是内核里有现成的，只需要在设备树提供对应的设备节点即可。

之前的学习有说到USBH是只能主机模式，要编写USB HOST就用USBH控制器即可。ST官方的STM3MP157C-DK2开发板已经配置好了USBH的节点信息，所以直接参考此节点即可，这样开发板就能够使用 USB Host 模式。

USBH控制器节点信息

打开“stm32mp151.dtsi”文件，找到USBH两个控制器的节点信息，名字分别为“usbh_ohci”和“usbh_ehci”。如下示例代码所示：

示例代码 50.4.1 USBH 下两个控制器节点信息
1  usbh_ohci: usbh-ohci@5800c000 {
2      compatible = "generic-ohci";
3      reg = <0x5800c000 0x1000>;
4      clocks = <&rcc USBH>;
5      resets = <&rcc USBH_R>;
6      interrupts = <GIC_SPI 74 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
7      status = "disabled";
8  };
9
10 usbh_ehci: usbh-ehci@5800d000 {
11     compatible = "generic-ehci";
12     reg = <0x5800d000 0x1000>;
13     clocks = <&rcc USBH>;
14     resets = <&rcc USBH_R>;
15     interrupts-extended = <&exti 43 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
16     companion = <&usbh_ohci>;
17     power-domains = <&pd_core>;
18     wakeup-source;
19     status = "disabled";
20 };

从上面的代码可以知道USBH是支持USB2.0和USB1.1的。使用USB2.0就要配置usbh_ehci节点，使用USB1.1就要配置usbh_ohci 节点。这两个节点的信息是不需要修改的，这是STM32MP1一些通用配置信息。需要做的就是在stm32mp157d-atk.dts文件中追加对应属性信息，然后status属性值改为“okay”，还要配置USBH使用哪个PHY端口。根据两个节点的compatible属性找到对应的驱动路径为：drivers/usb/host/ohci-platform.c和drivers/usb/host/ehci-platform.c。

配置PHY控制器

先了解一下PHY控制器，一些通用配置，打开 stm32mp151.dtsi文件，找的如下内容所示：

示例代码 50.4.2 usbphyc 控制器节点信息
1  usbphyc: usbphyc@5a006000 {
2      #address-cells = <1>;
3      #size-cells = <0>;
4      #clock-cells = <0>;
5      compatible = "st,stm32mp1-usbphyc";
6      reg = <0x5a006000 0x1000>;
7      clocks = <&rcc USBPHY_K>;
8      resets = <&rcc USBPHY_R>;
9      vdda1v1-supply = <&reg11>;
10     vdda1v8-supply = <&reg18>;
11     status = "disabled";
12
13     usbphyc_port0: usb-phy@0 {
14         #phy-cells = <0>;
15         reg = <0>;
16     };
17
18     usbphyc_port1: usb-phy@1 {
19         #phy-cells = <1>;
20         reg = <1>;
21     };
22 };

示例代码50.4.1.2 usbphyc节点就是STM32MP1的USB PHY。已经知道PHY控制器有两个端口，刚好usbphyc节点里有两个子节点名字分别为：usbphyc_port0和usbphyc_port1，这两个子节点就是PHY控制器的两个端口，其中usbphyc_port0只能分配给USB Host。注意：“#phy-cells”属性和“#gpio-cells”属性作用是一样的，如果#phy-cells为1，表示一个cell，此cell表示端口做USBH的PHY端口还是OTG的PHY端口，0表示做OTG的PHY端口，1表示做USBH的PHY端口。

打开“stm32mp15xx-dkx.dtsi”文件找到“usb_phy_tuning”节点，把此节点的内容拷贝到stm32mp157d-atk.dts的根目录下，拷贝内容如下所示：

示例代码 50.4.3 添加的 usb_phy_tuning 节点信息
1  usb_phy_tuning: usb-phy-tuning {
2      st,hs-dc-level = <2>;
3      st,fs-rftime-tuning;
4      st,hs-rftime-reduction;
5      st,hs-current-trim = <15>;
6      st,hs-impedance-trim = <1>;
7      st,squelch-level = <3>;
8      st,hs-rx-offset = <2>;
9      st,no-lsfs-sc;
10 };

usb_phy_tuning此节点负责调整PHY的配置，对于此节点的属性内容感兴趣的可以去看Documentation/devicetree/bindings/phy/phy-stm32-usbphyc.yaml文件 。 接着还是在stm32mp157d-atk.dts文件中使能usbphyc以及向usbphyc_port0节点追加的内容，要修改的如下所示：

示例代码 50.4.4 使能 usbphyc 和追加 usbphyc_port0 的内容
1 &usbphyc {
2     status = "okay";
3 };
4
5 &usbphyc_port0 {
6     phy-supply = <&v3v3>;
7     st,phy-tuning = <&usb_phy_tuning>;
8 };

第2行，这里把usbphyc的status属性修改为“okay”，使能usbphyc。

第6行，给usbphyc_port0节点追加phy-supply属性，添加一个电源管理属性。

第7行，把要修改的PHY配置，添加到usbphyc_port0节点里。

配置usbh_ehci

最后在stm32mp157d-atk.dts文件，使能usbh_ehci和指定PHY端口。

示例代码 50.4.5 追加 usbh_ehci 节点内容
1 &usbh_ehci {
2     phys = <&usbphyc_port0>;
3     status = "okay";
4 };

这里的内容很简单，就是修改status属性为“okay”和指定使用usbphyc_port0端口。修改完就重新编译设备树，使用新的stm32mp157d-atk.dtb设备树重新启动开发板。就会有以下输出所示：

如果有上图这些输出信息，说明usb host驱动加载到内核了。

Linux内核自带Host实验

USB鼠标键盘测试

首先做一下USB HOST试验，也就是正点原子的STM32MP1开发板做USB主机，然后外接USB设备，比如USB鼠标键盘、USB 转TTL串口线、U盘等设备。Linux内核已经集成了大量的USB设备驱动，尤其是常见的USB鼠标键盘、U盘等，本节就来学习一下如何使能Linux内核常见的USB设备驱动。

USB鼠标键盘驱动使能

USB鼠标键盘属于HID设备，内核已经集成了相应的驱动，ST官方提供的linux内核默认已经使能了USB鼠标键盘驱动，但是还要学习一下如何手动使能这些驱动。输入“make
menuconfig”，打开linux内核配置界面，首先打开HID驱动，按照如下路径到相应的配置项目：

-> Device Drivers -> HID support -> HID bus support -> <*> Generic HID driver //使能通用 HID 驱动

使能后结果如下图所示：

接下来需要使能USB键盘和鼠标驱动，配置路径如下：

-> Device Drivers -> HID support -> USB HID support -> <*> USB HID transport layer //USB 键盘鼠标等 HID 设备驱动

使能后如下图所示：

可以将光标放到上图中“USB HID Transport layer”这一行，然后按下“?”键打开对应的帮助信息就可以看到对于这个配置项的描述，简单总结一下：

此选项对应配置项就是CONFIG_USB_HID，也就是USB接口的HID设备。如果要使用USB接口的keyboards(键盘)、mice(鼠标)、joysticks(摇杆)、graphic tablets(绘图板)等其他的HID设备，那么就需要选中“USB HID Transport layer”。但是要注意一点，此驱动和HIDBP(Boot Protocol)键盘、鼠标的驱动不能一起使用！所以要是在网上查阅linux内核USB键盘鼠标驱动的时候，发现推荐使用“USB HIDBP Keyboard (simple Boot) support”和“USB HIDBP Mouse (simple Boot) support”这两个配置项的时候也不要觉得教程这里写错了。

测试USB鼠标和键盘

完成以后重新编译linux内核并且使用得到的 uImage启动开发板。启动以后插入USB鼠标，会有如下图所示的提示信息：

从上图可以看出，系统检测到了鼠标，如果成功驱动的话就会在/dev/input目录下生成一个名为eventX(X=0,1,2,3…)的文件，这个就是前面讲的输入子系统，鼠标和键盘都是作为输入子系统设备的。教程中这里对应的就是/dev/input/event1这个设备，使用如下命令查看鼠标的原始输入值，结果如下图：

上图就是鼠标作为输入子系统设备的原始输入值，这里就不去分析了，在移植GUI图形库以后就可以直接使用鼠标，比如QT等。

最后再来测试一下USB键盘，屏幕已经驱动起来了，所以可以直接将屏幕作为终端，然后接上键盘直接输入命令来进行各种操作。首先将屏幕设置为控制台，打开开发板根文件系统中的/etc/inittab文件，然后在里面加入下面这一行：

tty1::askfirst:-/bin/sh

完成以后重启开发板，此时屏幕就会作为终端控制台，会有“Please press Enter to activate
this console.”这样提示，如下图所示：

接上键盘，然后根据上图中的提示，按下键盘上的Enter(回车)键即可使能LCD屏幕控制台，然后就可以输入各种命令来执行相应的操作，如下图所示：

U盘实验

ST提供的Linux内核默认也已经使能了U盘驱动，因此可以直接插上去使用。但是还是需要学习一下如何手动配置Linux内核，使能U盘驱动。

使能U盘驱动

U盘使用SCSI协议，因此要先使能Linux内核中的SCSI协议，配置路径如下：

-> Device Drivers -> SCSI device support -> <*> SCSI disk support //选中此选项

结果如下图所示：

还需要使能USB Mass Storage，也就是USB 接口的大容量存储设备，配置路径如下：

-> Device Drivers -> USB support -> USB Gadget Support -> USB Gadget functions configurable through configfs -> [*] Mass storage //选中

结果如下图所示：

U盘测试

准备好一个U盘，注意U盘要为FAT32格式的！NTFS和exFAT由于版权问题所以在Linux下支持的不完善，操作的话可能会有问题，比如只能读，不能写或者无法识别等。准备好以后将U盘插入到开发板USB HUB扩展出来的HOST接口上，此时会输出如下图所示信息：

从上图可以看出，系统检测到U盘插入，大小为16GB对应的设备文件为/dev/sda和/dev/sda1，可以查看一下/dev目录下有没有sda和sda1这两个文件。/dev/sda是整个U盘，/dev/sda1是U盘的第一个分区，一般使用U盘的时候都是只有一个分区。要想访问U盘需要先对U盘进行挂载，理论上挂载到任意一个目录下都可以，这里可以创建一个/mnt/usb_disk目录，然后将U盘挂到/mnt/usb_disk目录下，命令如下：

mkdir /mnt/usb_disk -p //创建目录 mount /dev/sda1 /mnt/usb_disk/ -t vfat -o iocharset=utf8 //挂载

-t指定挂载所使用的文件系统类型，这里设置为vfat，也就是FAT文件系统，“-o iocharset”
设置硬盘编码格式为utf8，否则的话U盘里面的中文会显示乱码！

挂载成功以后进入到/mnt/usb_disk目录下，输入ls命令查看U盘文件，如下图所示：

至此U盘就能正常读写操作了，直接对/mnt/usb_disk目录进行操作就行了。如果要拔出U盘要执行一个sync命令进行同步，然后在使用unmount进行U盘卸载，命令如下所示：

sync //同步 cd / //如果处于/mnt/usb_disk 目录的话先退出来，否则卸载的时候提示设//备忙，导致卸载失败，切记！ umount /mnt/usb_disk //卸载

Linux内核自带USB OTG实验

STUSB1600设备树编写

STUSB1600是ST出的一款TypeC 芯片，也是ST官方开发板搭配STM32MP1的。STUSB1600的驱动设备树编写参考文档“Documentation/devicetree/bindings/usb/st,typec-stusb.txt”。此文档描述了STUSB1600 设备相关信息。

USB OTG控制器节点信息

进入到Linux内核源码目录，打开arch/arm/boot/dts/stm32mp151.dtsi 设备树文件，在这个设备树文件有一个usbotg_hs节点，此节点就是USB OTG控制器节点，内容如下：

示例代码 50.6.1.1 usbotg_hs 控制器
1  usbotg_hs: usb-otg@49000000 {
2      compatible = "st,stm32mp1-hsotg", "snps,dwc2";
3      reg = <0x49000000 0x10000>;
4      clocks = <&rcc USBO_K>;
5      clock-names = "otg";
6      resets = <&rcc USBO_R>;
7      reset-names = "dwc2";
8      interrupts-extended = <&exti 44 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
9      g-rx-fifo-size = <512>;
10     g-np-tx-fifo-size = <32>;
11     g-tx-fifo-size = <256 16 16 16 16 16 16 16>;
12     dr_mode = "otg";
13     usb33d-supply = <&usb33>;
14     power-domains = <&pd_core>;
15     wakeup-source;
16     status = "disabled";
17 };

示例代码50.6.1.1中的usbotg_hs节点不需要修改，这里只是查看一下usbotg_hs完整节点信息。根据第2行的compatible属性就是可以找到STM32MP1的usbotg_hs驱动源文件，驱动文件名为drivers/usb/dwc2/params.c。第12行，dr_mode属性用来配置控制器做otg功能还是host功能，不配置此属性默认为otg功能。第16行的status属性为disabled，所以usbotg_hs默认关闭的，如果要使能就是要修改status属性为 okay、配置一个PHY端口和设置使用那个控制器去控制usbotg_hs。

使能usbotg_hs节点

首先先去配置PHY接口，在stm32mp157d-atk.dts文件中追加usbphyc_port1节点，内容如下所示：

示例代码 50.6.1.2 usbphyc_port1 节点配置
1 &usbphyc_port1 {
2     phy-supply = <&vdd_usb>;
3     st,phy-tuning = <&usb_phy_tuning>;
4 };

注意：要先使能usbphyc节点，这里在USB HOST实验已经使能就不用配置。

接着去追加usbotg_hs的相关属性信息。追加的内容如下所示：

示例代码 50.6.1.3 usbotg_hs 节点内容
1  &usbotg_hs {
2      phys = <&usbphyc_port1 0>;
3      phy-names = "usb2-phy";
4      usb-role-switch;
5      status = "okay";
6
7      port {
8      usbotg_hs_ep: endpoint {
9          remote-endpoint = <&con_usbotg_hs_ep>;
10         };
11     };
12 };

第2行，配置usbotg_hs的PHY接口，这里0表示为OTG USB的PHY端口。

第5行，把status属性改为okay，使能usbotg_hs。

第7-11行，添加了一个port节点，第9行指定usbotg_hs 节点使用con_usbotg_hs_ep做控制器，con_usbotg_hs_ep会在STUSB1600节点里创建。

最后还需要添加vdd_usb电源节点，因为示例代码50.6.1.2中的usbphyc_port1节点需要用到vdd_usb节点，在stm32mp157d-atk.dts中添加vdd_usb电源节点，在根节点下添加内容如下：

示例代码 50.6.1.4 vdd_usb 电源节点
1 vdd_usb: regulator-vdd-usb {
2     compatible = "regulator-fixed";
3     regulator-name = "vdd_usb";
4     regulator-min-microvolt = <3300000>;
5     regulator-max-microvolt = <3300000>;
6     regulator-always-on;
7     regulator-boot-on;
8 };

使能I2C1节点

控制Typec的芯片是STUSB1600，此芯片是使用I2C协议和CPU进行通讯，所以要使能I2C1。把示例代码50.6.1.4拷贝到stm32mp157d-atk.dts文件里，代码如下所示：

示例代码 50.6.1.5 使能 i2c1 节点
1 &i2c1 {
2     pinctrl-names = "default", "sleep";
3     pinctrl-0 = <&i2c1_pins_b>;
4     pinctrl-1 = <&i2c1_pins_sleep_b>;
5     status = "okay";
6 };

正点原子STM32MP157开发板I2C1_SCL和I2C1_SDA这两个引脚为PF14和PF15。这两个引脚的pinctrl配置已经在stm32mp15-pinctrl.dtsi文件里面提供了，如果使用的其他引脚需要自行配置。

配置STUSB1600节点

先配置STUSB1600的中断引脚电气属性和电源管理，STUSB1600中断引脚为PG2，在stm32mp15-pinctrl.dtsi文件中输入如下内容：

示例代码 50.6.1.6 stusb1600 中断电气属性
1 stusb1600_pins_b: stusb1600-0 {
2     pins {
3         pinmux = <STM32_PINMUX('G', 2, ANALOG)>;
4         bias-pull-up;
5     };
6 };

把STUSB1600的中断引脚改为内部上拉。因为USB OTG需要5V电源管理，前面没有此配置，所以要一个5V的电源配置，在根节点下添加如下示例代码所示：

示例代码 50.6.1.7 5V 的 vin 节点
1 vin: regulator-vin {
2     compatible = "regulator-fixed";
3     regulator-name = "vin";
4     regulator-min-microvolt = <5000000>;
5     regulator-max-microvolt = <5000000>;
6     regulator-always-on;
7     regulator-boot-on;
8 };

接下来配置STUSB1600节点，此节点属于I2C1的子节点。STUSB1600的配置内容如下所示：

示例代码 50.6.1.8 stusb1600 节点信息
1  stusb1600@28 {
2      compatible = "st,stusb1600";
3      reg = <0x28>;
4      interrupts = <2 IRQ_TYPE_EDGE_FALLING>;
5      interrupt-parent = <&gpiog>;
6      pinctrl-names = "default";
7      pinctrl-0 = <&stusb1600_pins_b>;
8      status = "okay";
9      vdd-supply = <&vin>;
10
11     connector {
12         compatible = "usb-c-connector";
13         label = "USB-C";
14         power-role = "dual";
15         power-opmode = "default";
16
17         port {
18             con_usbotg_hs_ep: endpoint {
19                 remote-endpoint = <&usbotg_hs_ep>;
20             };
21         };
22     };
23 };

示例代码50.6.1.7代码中可以分为两个部分：第1-9行属于控制STUSB1600芯片相关属性，第11-22行属于Typec端口相关属性。

第2行，compatible的属性值为“st,stusb1600”，在Linux源码目录下，搜索此属性值，会找到stusb1600的驱动源码为drivers/usb/typec/typec_stusb.c。

第3行，reg属性值为“0x28”，stusb1600芯片通讯地址为0x28。

第4-5行，设置中断相关配置，中断触发为下降沿触发。

第6-7行，设置中断的电气属性。

第9行，设置电源配置。

第12-15行，可以查看Documentation/devicetree/bindings/connector/usb-connector.txt 文件。

第17-20行，定义了一个con_usbotg_hs_ep端口，同时指定此端口连接到usbotg_hs节点的usbotg_hs_ep端口。

重新编译设备树，使用新的stm32mp157d-atk.dtb 文件去启动开发板。

FUSB302驱动移植

在上一小节已经完成了一部分的设备树配置，由于只是改了USB TypeC的芯片，所以只需要把STUSB1600相关的部分改为FUSB302 即可。其实就是上一小节前面的1-3小点不用修改，只需要改第4小点。

首先配置FUSB302的中断电气属性，配置如下所示：

示例代码 50.6.2.1 fusb302 中断电气属性
1 fusb302_pins_a: fusb302-0 {
2     pins {
3         pinmux = <STM32_PINMUX('G', 2, ANALOG)>;
4         bias-pull-up;
5     };
6 };

在 stm32mp157d-atk.dts文件中添加头文件“dt-bindings/usb/pd.h”，如下图所示：

接着配置FUSB302节点，配置的代码如下所示：

示例代码 50.6.2.2 fusb302 节点信息
1  fusb302@22 {
2      compatible = "fcs,fusb302","fairchild,fusb302";
3      reg = <0x22>;
4      pinctrl-names = "default";
5      pinctrl-0 = <&fusb302_pins_a>;
6      int-n-gpios = <&gpiog 2 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
7      vbus-5v-gpios = <&gpioz 6 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
8      status = "okay";
9
10     connector {
11         compatible = "usb-c-connector";
12         label = "USB-C";
13         power-role = "dual";
14         power-opmode = "default";
15
16         try-power-role = "sink";
17         source-pdos = <PDO_FIXED(5000, 3000, PDO_FIXED_USB_COMM)>;
18         sink-pdos = <PDO_FIXED(5000, 3000, PDO_FIXED_USB_COMM)
19         PDO_VAR(3000, 12000, 3000)
20         PDO_PPS_APDO(3000, 11000, 3000)>;
21         op-sink-microwatt = <10000000>;
22         port {
23             con_usbotg_hs_ep: endpoint {
24                 remote-endpoint = <&usbotg_hs_ep>;
25             };
26         };
27     };
28 };

fusb302的设备树没有使用电源管理，而是用PZ6 引脚去控制电压。其它的属性和stusb1600一样。

最后就是去改驱动了，Linux内核提供的fusb302驱动是没读取connector相关的属性，所以此驱动是不能使用。在github里找到了可用的fusb302驱动，改动的部分是如何读取connector节点和使用PZ6引脚控制电压。想看如何修改的，可以用文件对比软件，就能知道修改了那些内容。将25_fusb302目录的fusb302.c和fusb302.h文件拷贝到linux源码下的drivers/usb/typec/tcpm目录里，注意要把原来的fusb302.c覆盖掉，拷贝结果如下图所示：

拷贝完成后，进入内核的配置选项图形界面，配置路径如下：

-> Device Drivers -> USB support -> USB Type-C Support -> USB Type-C Port Controller Manager -> <*> Fairchild FUSB302 Type-C chip driver //选中

如下图所示：

重新编译设备树和内核，使用新的设备树stm32mp157d-atk.dtb和内核uImage去启动开发
板，有如下图打印信息，说明加载驱动成功。如图所示：

OTG主机实验

系统重启成功以后就可以正常使用USB_OTG接口，OTG既可以做主机，也可以做从机，做主机的话测试方法和之前的测试一模一样，直接在正点原子的USB_OTG接口上使用Typec OTG线接入鼠标键盘、U盘等设备。USB_OTG接口如下所示：

OTG从机实验

OTG从机就是将开发板作为一个USB设备连接到其他的主机上，这里来做两个USB从机实验：模拟U盘以及USB声卡。

模拟U盘实验

模拟U盘实验就是将开发板当做一个U盘，可以将开发板上的U盘或者TF卡挂载到PC上，首先需要配置Linux，配置路径如下：

-> Device Drivers -> USB support -> USB Gadget Support -> < > USB Gadget functions configurable through configfs //不要编译进内核 -> USB Gadget precomposed configurations ( [=m]) -> Mass Storage Gadget //大容量存储

结果如下图所示：

这里需要将驱动编译为模块！使用的时候直接输入命令加载驱动模块即可。配置好
以后执行下面这些命令重新编译Linux内核、编译模块：

make uImage LOADADDR=0XC2000040 -j32 make modules -j32

编译完成后会得到3个.ko内核模块文件，对应路径为：

drivers/usb/gadget/libcomposite.ko drivers/usb/gadget/function/usb_f_mass_storage.ko drivers/usb/gadget/legacy/g_mass_storage.ko

将上述三个.ko 模块拷贝到开发板根文件系统/lib/modules/5.4.31目录下，如图所示：

拷贝完成以后使用新编译出来的uImage启动开发板，在开发板上插入一个U盘，记住这个U盘对应的设备文件，比如这里是/dev/sda 和/dev/sda1，以后要将/dev/sda1挂载到PC上，也就是把/dev/sda1作为模拟U盘的存储区域。

使用TypeC数据线将开发板和电脑连接，连接好以后依次加载libcomposite.ko、usb_f_mass_storage.ko和g_mass_storage.ko这三个驱动文件，顺序不能错了！命令如下：

depmod modprobe libcomposite.ko modprobe usb_f_mass_storage.ko modprobe g_mass_storage.ko file=/dev/sda1 removable=1

加载g_mass_storage.ko的时候使用file参数指定使用的大容量存储设备，这里使用U盘对应的/dev/sda1。如果加载成功的话电脑就会出现一个U盘，这个U盘就是开发板模拟的，可以直接在电脑上对这个U盘进行读写，实际上就是操作插在开发板上的U盘。操作完成后要退出需要执行如下命令：

rmmod g_mass_storage.ko rmmod usb_f_mass_storage.ko rmmod libcomposite.ko

注意！不要将开发板上的EMMC或者NAND作为模拟U盘的存储区域，因为linux下EMMC和NAND使用的文件系统一般都是EXT3/EXT4和UBIFS，这些文件系统类型和windows下的不兼容，如果挂载的话就会在windows下提示要格式化U盘！

USB声卡实验

USB声卡就是USB接口的外置声卡，一般电脑内部都自带了声卡，但是内部自带的声卡效果相对来说比较差，不能满足很多HIFI玩家的需求。USB声卡通过USB接口来传递音频数据，具体的ADC和DAC过程由声卡完成，摆脱了电脑主板体积的限制，外置USB声卡就可以做的很好。STM32MP1开发板板载了音频解码芯片，因此可以将STM32MP1开发板作为一个外置USB声卡，配置Linux内核，配置路径如下：

-> Device Drivers -> USB suppor -> USB Gadget Support -> USB Gadget precomposed configurations -> Audio Gadget //选中音频，编译为模块 -> UAC 1.0 //选中 -> [*] UAC 1.0 (Legacy) //选中 UAC

配置如下图所示：

注意，这里也是编译为驱动模块，配置完成以后重新编译内核、编译模块，会得到3个驱动模块文件，模块文件路径如下：

drivers/usb/gadget/libcomposite.ko drivers/usb/gadget/function/usb_f_uac1_legacy.ko drivers/usb/gadget/legacy/g_audio.ko

将上述三个.ko模块文件拷贝到开发板根文件系统/lib/modules/5.4.31目录下，拷贝完成以后使用新编译出来的uImage启动开发板，首先要按照之前学习的音频驱动的方法配置STM32MP1的声卡，保证声卡播放正常！使用Typec数据线将开发板与电脑连接起来，最后依次加载 libcomposite.ko、usb_f_uac1_legacy.ko和g_audio.ko这三个驱动模块，命令如下：

depmod modprobe libcomposite.ko modprobe usb_f_uac1_legacy.ko modprobe g_audio.ko

加载完成以后稍等一会虚拟出一个USB声卡，打开电脑的设备管理器，选择“声音、视频和游戏控制器”，会发现有一个名为“AC Interface”设备，如下图所示：

上图中的“AC Interface”就是开发板模拟出来的USB声卡，设置Windows，选择音频输出使用“AC Interface”，Windows10设置如下图所示：

一切设置好以后就可以从开发板上听到电脑输出的声音，此时开发板就完全是一个USB声
卡设备了。

关于USB驱动就讲解到这里，本章并没有深入到USB驱动具体编写方式，只是对USB的协议做了简单的介绍，后面讲解了一下Linux内核自带的USB HOST和DEVICE驱动的使用，Linux 内核已经集成了大量的USB设备驱动，至于其他特殊的就需要具体情况具体分析了。

总结

本章的学习重点，主要就是对USB设备做了一个大致的了解，然后对USB的传输协议大致做了介绍，这一部分可以多看看，如果之后想做项目有要用到USB设备的话这一部分要多琢磨一下。

然后就是具体的STM32MP157开发板的USB驱动的使用。

对于USB HOST来说，这一部分需要在设备树中(.dts)，在根节点下添加usb_phy_tuning节点(可以直接从stm32mp15xx-dkx.dtsi复制)，然后在设备树中添加usbphyc和usbphyc_port0的节点，之后在添加usbh_ehci节点。

以上就配置完成了，之后要具体使用USB驱动设备的话，就进入Linux内核里面取使能对应设备就可以了。

至于USB OTG的驱动，因为我这边新买的肯定是最新的，就是FUSB302芯片。在设备树里面追加usbphyc_port1节点，然后再加一个usbotg_hs节点，然后在根节点加上usbphyc_port1所需要的vdd_usb节点；之后添加i2c1节点并使能；最后配置fusb302的电气属性，在i2c1节点下添加fusb302节点。最后再修改一下驱动，把提供的驱动文件拷贝到drivers/usb/typec/tcpm目录里面，最后进入内核配置使能FUSB302配置就可以了。

OTG主机实验和HOST是一样的；从机就需要先进入内核配置使能，然后需要“make modules”并按照前面写的复制.ko到/lib/modules/5.4.31然后按照顺序来modprobe，最后不用了就rmmod就可以了。