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|  V1.0  |  2020-04-16  |  gingko  |  初次建立  |
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===== STM32CubeMX教程十八——USB_CDC实验 =====

1. 新建工程：在主界面选择File-->New Project   或者直接点击ACCEE TO MCU SELECTOR  
{{ :icore3:icore3_cube_18_1.png?direct | }}
2. 出现芯片型号选择，搜索自己芯片的型号，双击型号，或者点击Start Project进入配置
在搜索栏的下面，提供的各种查找方式，可以选择芯片内核、型号等等，可以帮助你查找芯片。本实验选取的芯片型号为：STM32F407IGTx。
{{ :icore3:icore3_cube_18_2.png?direct | }}
3. 配置RCC，使用外部时钟源
{{ :icore3:icore3_cube_18_3.png?direct | }}
4. 配置调试引脚
{{ :icore3:icore3_cube_18_4.png?direct | }}
5. 将LED对应的3个引脚（PI5，PI6，PI7）设置为GPIO_Output
{{ :icore3:icore3_cube_18_5.png?direct | }}
6. 引脚模式配置
{{ :icore3:icore3_cube_18_6.png?direct | }}
7. 时钟源设置，选择外部高速时钟源，配置为最大主频
{{ :icore3:icore3_cube_18_7.png?direct | }}
8. 工程文件的设置, 这里就是工程的各种配置 我们只用到有限几个，其他的默认即可  IDE我们使用的是 MDK5
{{ :icore3:icore3_cube_18_8.png?direct | }}
9. 点击Code Generator，进行进一步配置
{{ :icore3:icore3_cube_18_9.png?direct | }}
  * **Copy all used libraries into the project folder**
  * 将HAL库的所有.C和.H都复制到所建工程中
    * 优点：这样如果后续需要新增其他外设又可能不再用STM32CubeMX的时候便会很方便
    * 缺点：体积大，编译时间很长
  * **Copy only the necessary library files**
  * 只复制所需要的.C和.H（推荐）
    * 优点：体积相对小，编译时间短，并且工程可复制拷贝
    * 缺点：新增外设时需要重新用STM32CubeMX导入
  * **Add necessary library files as reference in the toolchain project configuration file**
  * 不复制文件，直接从软件包存放位置导入.C和.H
    * 优点：体积小，比较节约硬盘空间
    * 缺点：复制到其他电脑上或者软件包位置改变，就需要修改相对应的路径
自行选择方式即可

10. 然后点击GENERATE CODE  创建工程
{{ :icore3:icore3_cube_18_10.png?direct | }}
创建成功，打开工程。

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===== 实验十八：USB_CDC实验——高速数据传输 =====

==== 一、 实验目的与意义 ====

  - 了解STM32 USB 结构。
  - 了解STM32 USB 特征。
  - 掌握USB的使用方法。
  - 掌握KEIL MDK 集成开发环境使用方法。
==== 二、 实验设备及平台 ====

  - iCore3 双核心板。[[https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c.w4024-251734887.3.5923532fXD2RIN&id=524229438677&scene=taobao_shop|点击购买]]
  - JLINK（或相同功能）仿真器。[[https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.5-c.w4002-251734908.13.20822b61MmPeNN&id=554869837940|点击购买]]
  - Micro USB线缆。
  - Keil MDK 开发平台。
  - STM32CubeMX开发平台。
  - 装有WIN XP（及更高版本）系统的计算机。
==== 三、 实验原理 ====
=== 1、USB简介 ===
  * USB，是英文UniversalSerialBUS（通用串行总线）的缩写，而其中文简称为“通串线，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。是应用在PC领域的接口技术。USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能。USB是在1994年底由英特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的。
  * USB发展到现在已经有USB1.0/1.1/2.0/3.0等多个版本。目前用的最多的就是USB1.1和USB2.0，USB3.0目前已经开始普及。STM32F407自带的USB符合USB2.0规范。
  * 标准USB共四根线组成,除VCC/GND外，另外为D+和D-，这两根数据线采用的是差分电压的方式进行数据传输的。在USB主机上，D-和D+都是接了15K的电阻到地的，所以在没有设备接入的时候，D+、D-均是低电平。而在USB设备中，如果是高速设备，则会在D+上接一个1.5K的电阻到VCC，而如果是低速设备，则会在D-上接一个1.5K的电阻到VCC。这样当设备接入主机的时候，主机就可以判断是否有设备接入，并能判断设备是高速设备还是低速设备。

=== 2、USB On-The-Go简介 ===
  * OTG_HS 是一个双角色设备 (DRD) 控制器，同时支持从机和主机功能，并且完全符合 USB 2.0 规范的 On-The-Go 补充标准。此外，该控制器也可配置为仅主机或仅从机控制器，完全符合 USB 2.0 规范。在主机模式中，OTG_HS 支持高速（HS，480 Mbits/s）、全速（FS，12 Mbits/s）和低速（LS，1.5 Mbits/s）传输，而在从机模式中，仅支持高速（HS，480 Mbits/s）和全速（FS、12 Mbits/s）传输。OTG_HS 还支持 HNP 和 SRP。OTG 模式下需要的唯一外部设备是提供 VBUS 的电荷泵。

  * OTG主要特性可分为三类：通用特性、主机模式特性和从机模式特性。

  * 1、通用特性
    * OTG_HS接口的通用特性如下：
      * 经USB-IF认证，符合通用串行总线规范第2.0版
      * OTGHS支持以下三个PHY接口：
        * 片上全速PHY
        * 连接外部全速PHY的I2C接口
        * 连接外部高速PHY的ULPI接口
      * 支持主机协商协议 (HNP) 和会话请求协议 (SRP)
        * 在 OTG 应用中允许主机关闭 VBUS 以节省功耗，而不需要外部组件
        * 允许使用内部比较器来监视 VBUS 电平
        * 支持主机和从机之间的动态角色切换
        * 可通过软件配置为以下角色：
          * 支持 SRP 的 USB HS/FS 从机（B 器件）
          * 支持 SRP 的 USB HS/FS/LS 主机（A 器件）
        * 支持 HS/FS SOF 以及低速 (LS)“Keep-alive”令牌并具有如下功能：
          * SOF 脉冲引脚输出功能
          * SOF 脉冲与定时器 2 (TIM2) 的内部连接
          * 可配置的帧周期
          * 可配置的帧结束中断
        * 模块内嵌 DMA，并可软件配置 AHB 的突发传输类型
        * 具备省电功能，例如在 USB 挂起期间停止系统时钟，关闭数字模块内部时钟域、PHY 和DFIFO 电源管理
        * 具有包含高级 FIFO 管理的专用 4K 字节数据 RAM：
          * 可以将存储区配置为不同 FIFO，以便灵活高效地使用 RAM
          * 每个FIFO 可包含多个数据包
          * 动态地进行存储器分配
          * FIFO 大小可配置为 2 的幂以外的值，以便连续使用存储区
        * 一帧之内可以无需要应用程序干预，以达到最大 USB 带宽 

  * 2、主机模式特性
    * 主机模式下的 OTG_HS 接口特征如下：
      * 需要外部电荷泵来生成 VBUS
      * 具有多达 12 个主机通道（管道），每个通道可动态地进行重新配置，可支持任何类型的
    * USB 传输
      * 内置硬件调度器：
        * 在周期性硬件队列中存储多达 8 个中断加同步传输请求
        * 在非周期性硬件队列中存储多达 8 个控制加批量传输请求
        * 管理一个共享 RX FIFO、一个周期性 TX FIFO 和一个非周期性 TX FIFO，以有效使用
    * USB 数据 RAM
        * 在主机模式下具备对 SOF 帧周期进行动态调校的功能

  * 3、从机模式特性
    * OTG_HS 接口在从机模式下具有以下特性：
      * 具有 1 个双向控制端点 0
      * 具有 5 个 IN 端点 (EP)，可配置为支持批量、中断或同步传输
      * 具有 5 个 OUT 端点，可配置为支持批量、中断或同步传输
      * 管理一个共享 Rx FIFO 和一个 Tx-OUT FIFO，可高效使用 USB 数据 RAM
      * 管理多达 6 个专用 Tx-IN FIFO（每个 IN 配置的 EP 使用一个）以降低应用程序负载
      * 具备软断开功能
=== 3、高速OTG框图 ===
  * USB OTG HS 模块嵌入了一个 ULPI 接口以连接外部 HS PHY。
{{ :icore3:icore3_arm_hal_18_1.png?direct |}}
=== 4、USB CLASS ===
  * USB协议设计的时候，把鼠标，键盘，大容量存储，图像等，这些之前是通过其他接口所实现的，各种的功能，都囊括进来。并且在协议中有对应的规范定义，支持这些功能。因此，制定了各种USB的Clas，即分类，根据功能而分出的各种类别。不同的Class分类，用于实现对应的功能，适用于相应的设备。

  * 常见的USB类设备：
    - 音频类
    - 通信设备类
    - 人机接口设备类
    - 物理设备
    - 成像设备类
    - 打印机设备类
    - 大容量存储类
    - 数据接口类
    - 智能卡设备类
    - 内容安全设备类
    - 视频设备类
    - 个人医疗保健设备类
    - USB音频/视频（AV）设备类
    - Billboard Device Class Specification
    - USB Type-C桥接器件类
    - 无线控制类
    - 其他设备
    - 特定应用
    - 厂商自定义
{{ :icore3:icore3_arm_hal_18_2.png?direct |}}
=== 5、USB_CDC类简介 ===
  * USB2.0标准下定义了很多子类，有音频类，CDC类，HID，打印，大容量存储类，HUB，智能卡等等，这些在usb.org官网上有具体的定义，这里主要介绍通信类CDC。CDC(Communication Device Class)类是USB2.0标准下的一个子类，定义了通信相关设备的抽象集合。它与USB2.0标准以及其下的子类的相互关系如下图所示：
  * USB CDC类的通信部分主要包含三部分：枚举过程、虚拟串口操作和数据通信。其中虚拟串口操作部分并不一定强制需要，因为若跳过这些虚拟串口的操作，实际上USB依然是可以通信的，这也就是为什么下图中，在操作虚拟串口之前会有两条数据通信的数据。之所以会有虚拟串口操作，主要是我们通常使用PC作为Host端，在PC端使用一个串口工具来与其进行通信，PC端的对应驱动将其虚拟成一个普通串口，这样一来，可以方便PC端软件通过操作串口的方式来与其进行通信，但实际上，Host端与Device端物理上是通过USB总线来进行通信的，与串口没有关系，这一虚拟化过程，起决定性作用的是对应驱动，包含如何将每一条具体的虚拟串口操作对应到实际上的USB操作。需要注意的是，Host端与Device端的USB通信速率并不受所谓的串口波特率影响，它就是标准的USB2.0全速(12Mbps)速度，实际速率取决于总线的实际使用率、驱动访问USB外设有效速率(两边)以及外部环境对通信本身造成的干扰率等因素组成。
  * USB_CDC类详细内容可参考《USB_CDC类入门培训》。
{{ :icore3:icore3_arm_hal_18_3.png?direct&700 |}}
{{ :icore3:icore3_arm_hal_18_4.png?direct&700 |}}


=== 6、USB_CDC类简介 ===
  * **实现原理**
  * iCore3中使用的STM32F407IGTx芯片带有USB高速物理层，通过外部高速PHY的ULPI接口外接USB3300设备芯片实现USB_CDC设备物理层搭建。连接示意图如下：
{{ :icore3:icore3_arm_hal_18_5.png?direct&550 |}}

==== 四、 实验程序 ====

=== 1. 主函数 ===
<code c>
int main(void)  
{  
    int i;  
    static unsigned char data_number = 0;  
    HAL_Init();  
    USBD_Init(&USB_OTG_dev,USB_OTG_HS_CORE_ID,&USR_desc,&USBD_CDC _cb,&USR_cb);  
    SystemClock_Config();  
    MX_GPIO_Init();  
    while(State==0);  
    LED_RED_ON;  
    while (1)  
    {  
        if(USB_ReceivedCount > 0){  
            LED_RED_ON;   
            USB_ReceivedCount = 0;  
            data_number = USB_Rx_Buffer[0];  
            do{  
                USB_StatusDataSended = 0;  
                DCD_EP_Tx(&USB_OTG_dev,CDC_IN_EP,gImage_flower,sizeof(gImage_flower));  
                while(USB_StatusDataSended == 0){  
                    for(i = 0;i < 10000;i++);  
                }  
                data_number--;  
            }while(data_number > 0);  
            LED_RED_OFF;  
         }  
    }
}  
</code>
=== 2. 中断函数 ===
<code c>
void OTG_HS_IRQHandler(void)  
{  
  USBD_OTG_ISR_Handler (&USB_OTG_dev);  
}  
void OTG_HS_EP1_IN_IRQHandler(void)  
{  
  USBD_OTG_EP1IN_ISR_Handler (&USB_OTG_dev);  
}  
void OTG_HS_EP1_OUT_IRQHandler(void)  
{  
  USBD_OTG_EP1OUT_ISR_Handler (&USB_OTG_dev);  
} 

</code>
=== 3. USB驱动移植 === 
  * 在CUBEMX中　无法配置USBDevice为CDC高速传输模式，需要将USB库的驱动文件移植到程序中去。建立好一个新的工程后，打开此实验例程文件夹，找到USB文件夹，将文件夹拷贝到建立好的新的工程中去。
{{  :icore3:icore3_arm_hal_18_6.png?direct&800  |}}

==== 五、 实验步骤 ====
  - 把仿真器与iCore3的SWD调试口相连（直接相连或者通过转接器相连）；
  - 把跳线帽插在USBOTG；
  - 把iCore3（USB_OTG）通过Micro　USB线与计算机相连，为iCore3供电；
  - 打开Keil　MDK开发环境，并打开本实验工程；
  - 烧写程序到iCore3；
  - 打开usb_hid.exe进行验证。

==== 六、 实验现象 ====
  * 绿色LED点亮，结果如下：
{{ :icore3:icore3_arm_hal_18_7.png?direct |}}
**附录：**
  * 1、打开设备管理器，并找到USB_CDC设备
{{ :icore3:icore3_arm_hal_18_8.png?direct |}}
  * 2、选中此设备并右击选择更新驱动程序，选中浏览计算机以查找驱动程序软件
{{ :icore3:icore3_arm_hal_18_9.png?direct |}}
  * 3、找到例程文件夹下driver文件夹并选中此文件夹，点击下一步后，驱动程序将会自动安装。
{{ :icore3:icore3_arm_hal_18_10.png?direct |}}
  * 4、安装成功后，设备管理器将会显示相对应的设备。
{{ :icore3:icore3_arm_hal_18_11.png?direct |}}