USB -- STM32F103虚拟串口bulk传输讲解（三）
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前沿
1 描述符讲解
1.1 设备描述符
1.2 配置描述符
1.3 接口描述符
1.4 功能描述符
1.5 端点描述符
1.6 字符串描述符
2 关键函数讲解
2.1 GPIO配置讲解
2.2 非零端点函数讲解
2.3 中断函数讲解--USB复位函数讲解
2.4 主函数讲解
3 运行演示
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USB -- 初识USB协议（一）
源码下载请参考链接：USB -- STM32-FS-USB-Device驱动代码简述（二）
USB_CDC类文档说明
前沿
前面两节主要是对USB的基本概念做了简单讲解，学习USB的最本质目的还是要回到USB的应用方向，接下来的几章主要讲解USB的各类应用，包括：
- 虚拟串口（环回测试）-- bulk传输
- 自定义HID -- 中断传输
- U盘 -- bulk传输
- 在线固件升级（DFU）-- 控制传输
- 语音录制及播放 -- 同步传输
- 照相机 -- 同步传输
- 复合设备 -- 中断+bulk传输
1 描述符讲解
描述符是USB能够正常通信的前提，没有描述符，USB就不知道当前是什么样的设备，所以描述符在USB整个通信过程中占有十分重要的地位，所以这里重点讲解一下USB的各类描述符。
ST的例程为我们配置好了应用的描述符，我们不需要关注也能正常运行程序，但是我们这里讲解一下怎么通过查找资料来知道具体描述符的含义。
1.1 设备描述符
以下是STM32F103系列的虚拟串口的设备描述符代码（每个字节对应的含义可以在USB -- 初识USB协议（一）中查看）：
/* USB Standard Device Descriptor */
const uint8_t Virtual_Com_Port_DeviceDescriptor[] =
{
0x12, /* bLength */
USB_DEVICE_DESCRIPTOR_TYPE, /* bDescriptorType */
0x00,
0x02, /* bcdUSB = 2.00 */
0x02, /* bDeviceClass: CDC */
0x02, /* bDeviceSubClass */
0x02, /* bDeviceProtocol */
0x40, /* bMaxPacketSize0 */
0x83,
0x04, /* idVendor = 0x0483 */
0x40,
0x57, /* idProduct = 0x7540 */
0x00,
0x02, /* bcdDevice = 2.00 */
1, /* Index of string descriptor describing manufacturer */
2, /* Index of string descriptor describing product */
3, /* Index of string descriptor describing the device's serial number */
0x01 /* bNumConfigurations */
};设备描述符顾名思义就是描述USB设备的基本信息，主要包括以下信息：
- USB版本号
- USB设备类型
- USB设备协议
- 端点0最大传输大小（最大64byte）
- 厂商向USBIF申请的VID（需付费，由芯片厂商提供）
- 设备PID（厂商自定义）
- 制造商的字符串描述符索引（描述生产这个产品的厂商）
- 产品的字符串描述符索引（描述是什么产品）
- 设备序号的字符串描述符索引（主要是芯片的UID）
- 配置的数量（一般为1）
设备类型可以通过USB官网Class查询，我们这里是CDC设备，所以bDeviceClass=0x02，其他两项任意填写。
制造商的字符串描述符索引、产品的字符串描述符索引和设备序号的字符串描述符索引主要是制造商、产品和设备序列号在字符串描述符的索引位置。
比如这里举个例子，以下三个是字符串描述符，分别是制造商描述符、产品描述符和序列号描述符：
const uint8_t Virtual_Com_Port_StringVendor[VIRTUAL_COM_PORT_SIZ_STRING_VENDOR] =
{
VIRTUAL_COM_PORT_SIZ_STRING_VENDOR, /* Size of Vendor string */
USB_STRING_DESCRIPTOR_TYPE, /* bDescriptorType*/
/* Manufacturer: "STMicroelectronics" */
'S', 0, 'T', 0, 'M', 0, 'i', 0, 'c', 0, 'r', 0, 'o', 0, 'e', 0,
'l', 0, 'e', 0, 'c', 0, 't', 0, 'r', 0, 'o', 0, 'n', 0, 'i', 0,
'c', 0, 's', 0
};
const uint8_t Virtual_Com_Port_StringProduct[VIRTUAL_COM_PORT_SIZ_STRING_PRODUCT] =
{
VIRTUAL_COM_PORT_SIZ_STRING_PRODUCT, /* bLength */
USB_STRING_DESCRIPTOR_TYPE, /* bDescriptorType */
/* Product name: "STM32 Virtual COM Port" */
'S', 0, 'T', 0, 'M', 0, '3', 0, '2', 0, ' ', 0, 'V', 0, 'i', 0,
'r', 0, 't', 0, 'u', 0, 'a', 0, 'l', 0, ' ', 0, 'C', 0, 'O', 0,
'M', 0, ' ', 0, 'P', 0, 'o', 0, 'r', 0, 't', 0, ' ', 0, ' ', 0
};
uint8_t Virtual_Com_Port_StringSerial[VIRTUAL_COM_PORT_SIZ_STRING_SERIAL] =
{
VIRTUAL_COM_PORT_SIZ_STRING_SERIAL, /* bLength */
USB_STRING_DESCRIPTOR_TYPE, /* bDescriptorType */
'S', 0, 'T', 0, 'M', 0, '3', 0, '2', 0
};由下面代码可知，他们的位置也是根据索引号排列的，所以主机请求index为1的描述符，那么设备就发送制造商描述符给主机，告诉主机USB的制造商是什么。
ONE_DESCRIPTOR String_Descriptor[4] =
{
{(uint8_t*)Virtual_Com_Port_StringLangID, VIRTUAL_COM_PORT_SIZ_STRING_LANGID},
{(uint8_t*)Virtual_Com_Port_StringVendor, VIRTUAL_COM_PORT_SIZ_STRING_VENDOR},
{(uint8_t*)Virtual_Com_Port_StringProduct, VIRTUAL_COM_PORT_SIZ_STRING_PRODUCT},
{(uint8_t*)Virtual_Com_Port_StringSerial, VIRTUAL_COM_PORT_SIZ_STRING_SERIAL}
};如果设备描述符的索引值修改了，那么String_Descriptor数组存放数据的顺序也需要相应的修改。
VID可以通过USB官网：USB_Members查看，比如这里的是ST的VID，0x0483的10进制是1155，我们在USB官网查看，如下：
1.2 配置描述符
配置描述符顾名思义就是描述USB设备的配置信息，主要包括以下信息：
- USB接口的数量（会在接口描述符讲解）
- USB的配置值（一般为1，根据设备描述符配置数量决定）
- USB的供电信息
- USB的最大电流
const uint8_t Virtual_Com_Port_ConfigDescriptor[] =
{
/*Configuration Descriptor*/
0x09, /* bLength: Configuration Descriptor size */
USB_CONFIGURATION_DESCRIPTOR_TYPE, /* bDescriptorType: Configuration */
VIRTUAL_COM_PORT_SIZ_CONFIG_DESC, /* wTotalLength:no of returned bytes */
0x00,
0x02, /* bNumInterfaces: 2 interface */
0x01, /* bConfigurationValue: Configuration value */
0x00, /* iConfiguration: Index of string descriptor describing the configuration */
0xC0, /* bmAttributes: self powered */
0x32, /* MaxPower 0 mA */
}1.3 接口描述符
这里的接口描述符有两个，由配置描述符指定个数。两个接口描述符描述两个不同的接口，我们举例说明一下含义。
uint8_t Virtual_Com_Port_InterfaceDescriptor[ ] =
{
/*Interface Descriptor*/
0x09, /* bLength: Interface Descriptor size */
USB_INTERFACE_DESCRIPTOR_TYPE, /* bDescriptorType: Interface */
/* Interface descriptor type */
0x00, /* bInterfaceNumber: Number of Interface */
0x00, /* bAlternateSetting: Alternate setting */
0x01, /* bNumEndpoints: One endpoints used */
0x02, /* bInterfaceClass: Communication Interface Class */
0x02, /* bInterfaceSubClass: Abstract Control Model */
0x01, /* bInterfaceProtocol: Common AT commands */
0x00, /* iInterface: */
。
。
。
/*Data class interface descriptor*/
0x09, /* bLength: Endpoint Descriptor size */
USB_INTERFACE_DESCRIPTOR_TYPE, /* bDescriptorType: */
0x01, /* bInterfaceNumber: Number of Interface */
0x00, /* bAlternateSetting: Alternate setting */
0x02, /* bNumEndpoints: Two endpoints used */
0x0A, /* bInterfaceClass: CDC */
0x00, /* bInterfaceSubClass: */
0x00, /* bInterfaceProtocol: */
0x00, /* iInterface: */
}首先下载USB_CDC类文档说明，打开“2012-08-02-CDC120_errata.pdf”文件，找到5.1.3小节，这里有对接口描述符的全部解释，由手册可知，bInterfaceSubClass为Abstract Control Model，bInterfaceProtocol为Common AT commands，其它位也相同，查找手册，找出对应的解释。
1.4 功能描述符
uint8_t Virtual_Com_Port_FunctionalDescriptor[ ] =
{
/*Header Functional Descriptor*/
0x05, /* bLength: Endpoint Descriptor size */
0x24, /* bDescriptorType: CS_INTERFACE */
0x00, /* bDescriptorSubtype: Header Func Desc */
0x10, /* bcdCDC: spec release number */
0x01,
/*Call Management Functional Descriptor*/
0x05, /* bFunctionLength */
0x24, /* bDescriptorType: CS_INTERFACE */
0x01, /* bDescriptorSubtype: Call Management Func Desc */
0x00, /* bmCapabilities: D0+D1 */
0x01, /* bDataInterface: 1 */
/*ACM Functional Descriptor*/
0x04, /* bFunctionLength */
0x24, /* bDescriptorType: CS_INTERFACE */
0x02, /* bDescriptorSubtype: Abstract Control Management desc */
0x02, /* bmCapabilities */
/*Union Functional Descriptor*/
0x05, /* bFunctionLength */
0x24, /* bDescriptorType: CS_INTERFACE */
0x06, /* bDescriptorSubtype: Union func desc */
0x00, /* bMasterInterface: Communication class interface */
0x01, /* bSlaveInterface0: Data Class Interface */
/*Endpoint 2 Descriptor*/
0x07, /* bLength: Endpoint Descriptor size */
USB_ENDPOINT_DESCRIPTOR_TYPE, /* bDescriptorType: Endpoint */
0x82, /* bEndpointAddress: (IN2) */
0x03, /* bmAttributes: Interrupt */
VIRTUAL_COM_PORT_INT_SIZE, /* wMaxPacketSize: */
0x00,
0xFF, /* bInterval: */
}功能描述符也是通过“2012-08-02-CDC120_errata.pdf”手册查看具体的功能，这里不展开讲解，需要了解的小伙伴自行查找。
1.5 端点描述符
这里用到三个端点，具体的解释可参见USB -- 初识USB协议（一）。
uint8_t Virtual_Com_Port_EndpointDescriptor[ ] =
{
/*Endpoint 2 Descriptor*/
0x07, /* bLength: Endpoint Descriptor size */
USB_ENDPOINT_DESCRIPTOR_TYPE, /* bDescriptorType: Endpoint */
0x82, /* bEndpointAddress: (IN2) */
0x03, /* bmAttributes: Interrupt */
VIRTUAL_COM_PORT_INT_SIZE, /* wMaxPacketSize: */
0x00,
0xFF, /* bInterval: */
。
。
。
/*Endpoint 3 Descriptor*/
0x07, /* bLength: Endpoint Descriptor size */
USB_ENDPOINT_DESCRIPTOR_TYPE, /* bDescriptorType: Endpoint */
0x03, /* bEndpointAddress: (OUT3) */
0x02, /* bmAttributes: Bulk */
VIRTUAL_COM_PORT_DATA_SIZE, /* wMaxPacketSize: */
0x00,
0x00, /* bInterval: ignore for Bulk transfer */
/*Endpoint 1 Descriptor*/
0x07, /* bLength: Endpoint Descriptor size */
USB_ENDPOINT_DESCRIPTOR_TYPE, /* bDescriptorType: Endpoint */
0x81, /* bEndpointAddress: (IN1) */
0x02, /* bmAttributes: Bulk */
VIRTUAL_COM_PORT_DATA_SIZE, /* wMaxPacketSize: */
0x00,
0x00 /* bInterval */
}1.6 字符串描述符
在设备描述符中已经对制造商描述符、产品描述符和设备序号描述符做了说明，这里仅对语言ID描述符做简单说明。
语言ID描述符相对很简单，就是告诉主机用的哪种语言编码，这里一般选择0x0409，使用美国的编码。一般使用最多的也是美国编码。
/* USB String Descriptors */
const uint8_t Virtual_Com_Port_StringLangID[VIRTUAL_COM_PORT_SIZ_STRING_LANGID] =
{
VIRTUAL_COM_PORT_SIZ_STRING_LANGID,
USB_STRING_DESCRIPTOR_TYPE,
0x09,
0x04 /* LangID = 0x0409: U.S. English */
};
2 关键函数讲解
2.1 GPIO配置讲解
这里对USB的D+外部上拉电阻进行了配置，如果读者使用的开发板和ST官网的外部上拉不一致，需要修改这个位置的IO口定义。这里也需要注意，ST开发板使用的是PNP型三极管作为上拉电阻的使能信号，所以这里GPIO输出低D+上拉，GPIO输出高D+为低。
2.2 非零端点函数讲解
非0端点传输函数主要在“usb_endp.c”文件中实现，我们打开usb_endp.c文件，看到只有两个函数，分别是对IN端点和OUT端点的处理，IN端点只是置位了一个标志，OUT端点是把收到的数据存到Receive_Buffer数组中，为下次的发送做准备。
2.3 中断函数讲解--USB复位函数讲解
USB复位函数十分的重要，因为在USB主机识别到设备的时候，首先发出复位指令，USB设备收到复位指令之后，会去初始化一些使用到的端点（端点0必须初始化），然后再通过相应的端点实现设备与主机间的通信。
下图是利用DSVIEW抓取的USB枚举过程的波形，每次在USB设备枚举之前，都会产生一个复位信号。
下面代码是USB复位信号来临之后，USB所做的一些事情，主要就是初始化了端点的状态，为后续枚举过程做准备。
/*******************************************************************************
* Function Name : Virtual_Com_Port_Reset
* Description : Virtual_Com_Port Mouse reset routine
* Input : None.
* Output : None.
* Return : None.
*******************************************************************************/
void Virtual_Com_Port_Reset(void)
{
/* Set Virtual_Com_Port DEVICE as not configured */
pInformation->Current_Configuration = 0;
/* Current Feature initialization */
pInformation->Current_Feature = Virtual_Com_Port_ConfigDescriptor[7];
/* Set Virtual_Com_Port DEVICE with the default Interface*/
pInformation->Current_Interface = 0;
SetBTABLE(BTABLE_ADDRESS);
/* Initialize Endpoint 0 */
SetEPType(ENDP0, EP_CONTROL);
SetEPTxStatus(ENDP0, EP_TX_STALL);
SetEPRxAddr(ENDP0, ENDP0_RXADDR);
SetEPTxAddr(ENDP0, ENDP0_TXADDR);
Clear_Status_Out(ENDP0);
SetEPRxCount(ENDP0, Device_Property.MaxPacketSize);
SetEPRxValid(ENDP0);
/* Initialize Endpoint 1 */
SetEPType(ENDP1, EP_BULK);
SetEPTxAddr(ENDP1, ENDP1_TXADDR);
SetEPTxStatus(ENDP1, EP_TX_NAK);
SetEPRxStatus(ENDP1, EP_RX_DIS);
/* Initialize Endpoint 2 */
SetEPType(ENDP2, EP_INTERRUPT);
SetEPTxAddr(ENDP2, ENDP2_TXADDR);
SetEPRxStatus(ENDP2, EP_RX_DIS);
SetEPTxStatus(ENDP2, EP_TX_NAK);
/* Initialize Endpoint 3 */
SetEPType(ENDP3, EP_BULK);
SetEPRxAddr(ENDP3, ENDP3_RXADDR);
SetEPRxCount(ENDP3, VIRTUAL_COM_PORT_DATA_SIZE);
SetEPRxStatus(ENDP3, EP_RX_VALID);
SetEPTxStatus(ENDP3, EP_TX_DIS);
/* Set this device to response on default address */
SetDeviceAddress(0);
bDeviceState = ATTACHED;
}2.4 主函数讲解
主函数代码相对简单，就是实现了收到的数据然后发送出去。
/*******************************************************************************
* Function Name : main.
* Description : Main routine.
* Input : None.
* Output : None.
* Return : None.
*******************************************************************************/
int main(void)
{
Set_System();
Set_USBClock();
USB_Interrupts_Config();
USB_Init();
while (1)
{
if (bDeviceState == CONFIGURED)
{
CDC_Receive_DATA();
/*Check to see if we have data yet */
if (Receive_length != 0)
{
if (packet_sent == 1)
CDC_Send_DATA ((unsigned char*)Receive_Buffer,Receive_length);
Receive_length = 0;
}
}
}
} 3 运行演示
下载程序，在设备管理器的<端口(COM和LPT)>查看串口号，通过串口助手打开该串口，发送数据，查看到串口助手回显数据。
接下来讲解STM32 USB的自定义HID与自己开发的HID上位机通信实验，敬请期待。。。