CKS32F4xx系列MCU的OTG_FS功能詳解

USB是英文Universal Serial BUS（通用串行總線）的縮寫(xiě)，而其中文簡(jiǎn)稱(chēng)為“通用串行總線“，是一個(gè)外部總線標(biāo)準(zhǔn)，用于規(guī)范電腦與外部設(shè)備的連接和通訊。是應(yīng)用在PC領(lǐng)域的接口技術(shù)。USB發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)有USB1.0/1.1/2.0/3.0等多個(gè)版本。目前用的最多的就是USB1.1和USB2.0，USB3.0目前已經(jīng)開(kāi)始普及。

CKS32F4xx系列自帶的USB符合USB2.0規(guī)范。標(biāo)準(zhǔn)USB共四根線組成,除VCC/GND外，另外為D+和D-，這兩根數(shù)據(jù)線采用的是差分電壓的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。在USB主機(jī)上，D-和D+都是接了15K的電阻到地的，所以在沒(méi)有設(shè)備接入的時(shí)候，D+、D-均是低電平。而在USB設(shè)備中，如果是高速設(shè)備，則會(huì)在D+上接一個(gè)1.5K的電阻到VCC，而如果是低速設(shè)備，則會(huì)在D-上接一個(gè)1.5K的電阻到VCC。這樣當(dāng)設(shè)備接入主機(jī)的時(shí)候，主機(jī)就可以判斷是否有設(shè)備接入，并能判斷設(shè)備是高速設(shè)備還是低速設(shè)備。 CKS32F4xx系列芯片自帶有USB OTG FS（全速）和USB OTG HS（高速），其中HS需要外擴(kuò)高速PHY芯片實(shí)現(xiàn)，我們本章節(jié)對(duì)USB OTG FS進(jìn)行介紹。

USB OTG FS主要特性

CKS32F4xx系列的USB OTG FS是一款雙角色設(shè)備(DRD)控制器，同時(shí)支持從機(jī)功能和主機(jī)功能，完全符合USB2.0規(guī)范的On-The-Go補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)。此外，該控制器也可配置為“僅主機(jī)”模式或“僅從機(jī)”模式，完全符合USB2.0規(guī)范。在主機(jī)模式下，OTGFS支持全速（FS，12Mb/s）和低速（LS，1.5Mb/s）收發(fā)器，而從機(jī)模式下則僅支持全速（FS，12Mb/s）收發(fā)器。OTG FS同時(shí)支持HNP和SRP。CKS32F4xx系列的USB OTG FS主要特性可分為三類(lèi)：通用特性、主機(jī)模式特性和從機(jī)模式特性。

- 通用特性 -

1、經(jīng)USB-IF認(rèn)證，符合通用串行總線規(guī)范第2.0版

2、集成全速PHY，且完全支持定義在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范OTG補(bǔ)充第1.3版中的OTG協(xié)議：

支持A-B器件識(shí)別（ID線）

支持主機(jī)協(xié)商協(xié)議(HNP)和會(huì)話請(qǐng)求協(xié)議(SRP)

允許主機(jī)關(guān)閉VBUS以在OTG應(yīng)用中節(jié)省電池電量

支持通過(guò)內(nèi)部比較器對(duì)VBUS電平采取監(jiān)控

支持主機(jī)到從機(jī)的角色動(dòng)態(tài)切換

3、可通過(guò)軟件配置為以下角色：

具有SRP功能的USB FS從機(jī)（B器件）

具有SRP功能的USB FS/LS主機(jī)（A器件）

USB On-The-Go全速雙角色設(shè)備

4、支持FS SOF和LS Keep-alive令牌

SOF脈沖可通過(guò)PAD輸出

SOF脈沖從內(nèi)部連接到定時(shí)器2(TIM2)

可配置的幀周期

可配置的幀結(jié)束中斷

5、具有省電功能，例如在USB掛起期間停止系統(tǒng)、關(guān)閉數(shù)字模塊時(shí)鐘、對(duì)PHY和DFIFO電源加以管理

6、具有采用高級(jí)FIFO控制的1.25KB專(zhuān)用RAM

可將RAM空間劃分為不同F(xiàn)IFO，以便靈活有效地使用RAM

每個(gè)FIFO可存儲(chǔ)多個(gè)數(shù)據(jù)包

動(dòng)態(tài)分配存儲(chǔ)區(qū)

FIFO大小可配置為非2的冪次方值，以便連續(xù)使用存儲(chǔ)單元

7、一幀之內(nèi)可以無(wú)需要應(yīng)用程序干預(yù)，以達(dá)到最大USB帶寬

- 主機(jī)（Host）模式特性 -

1、通過(guò)外部電荷泵生成VBUS電壓

2、多達(dá)8個(gè)主機(jī)通道（管道）：每個(gè)通道都可以動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)重新配置，可支持任何類(lèi)型的USB傳輸

3、內(nèi)置硬件調(diào)度器：

在周期性硬件隊(duì)列中存儲(chǔ)多達(dá)8個(gè)中斷加同步傳輸請(qǐng)求

在非周期性硬件隊(duì)列中存儲(chǔ)多達(dá)8個(gè)控制加批量傳輸請(qǐng)求

4、管理一個(gè)共享RX FIFO、一個(gè)周期性TX FIFO和一個(gè)非周期性TX FIFO，以有效使用USB數(shù)據(jù)RAM

- 從機(jī)（Slave/Device）模式特性 -

1、1個(gè)雙向控制端點(diǎn)0

2、3個(gè)IN端點(diǎn)(EP)，可配置為支持批量傳輸、中斷傳輸或同步傳輸

3、3個(gè)OUT端點(diǎn)(EP)，可配置為支持批量傳輸、中斷傳輸或同步傳輸

4、管理一個(gè)共享Rx FIFO和一個(gè)Tx-OUT FIFO，以高效使用USB數(shù)據(jù)RAM

5、管理多達(dá)4個(gè)專(zhuān)用Tx-IN FIFO（分別用于每個(gè)使能的IN EP），降低應(yīng)用程序負(fù)荷支持軟斷開(kāi)功能

圖1USB OTG FS框圖

對(duì)于USB OTG FS功能模塊，CKS32F4xx系列通過(guò)AHB總線訪問(wèn)（AHB頻率必須大于14.2Mhz），其中48Mhz的USB時(shí)鐘，是來(lái)自時(shí)鐘樹(shù)圖里面的PLL48CK（和SDIO共用）。不過(guò)，我們提供了一套完整的 USB OTG驅(qū)動(dòng)庫(kù)（包括主機(jī)和設(shè)備），通過(guò)這個(gè)庫(kù)可以很方便的實(shí)現(xiàn)所要的功能。

軟件設(shè)計(jì)

圖2USB配置代碼

配置時(shí)，我們重點(diǎn)要配置的就是USB_APP文件夾下面的代碼。 usb_bsp.c提供了幾個(gè)USB庫(kù)需要用到的底層初始化函數(shù)，包括：IO設(shè)置、中斷設(shè)置、VBUS配置以及延時(shí)函數(shù)等。USB Device（Slave）和USB Host共用這個(gè).c文件。 usbd_usr.c提供用戶應(yīng)用層接口函數(shù)，即USB設(shè)備類(lèi)的一些回調(diào)函數(shù)，當(dāng)USB狀態(tài)機(jī)處理完不同事務(wù)的時(shí)候，會(huì)調(diào)用這些回調(diào)函數(shù)，我們通過(guò)這些回調(diào)函數(shù)，就可以知道USB當(dāng)前狀態(tài)，比如：是否枚舉成功、是否連接、是否斷開(kāi)等，根據(jù)這些狀態(tài)，用戶應(yīng)用程序可以執(zhí)行不同操作，完成特定功能。 要使用USB OTG FS，必須在編譯器的全局宏定義里面，定義：USE_USB_OTG_FS 具體的USB庫(kù)調(diào)用函數(shù)篇幅較大，不再詳細(xì)描述，以下為main函數(shù)代碼：

int main(void)
{
u32t;
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
delay_init(168);
uart_init(115200);
LED_GPIO_Init();
USBH_Init(&USB_OTG_Core_dev,USB_OTG_FS_CORE_ID,&USB_Host,&HID_cb,&USR_Callbacks);
while(1)
{
USBH_Process(&USB_OTG_Core_dev, &USB_Host);
if(bDeviceState==1)//á??ó?¨á￠á?
{
if(USBH_Check_HIDCommDead(&USB_OTG_Core_dev,&HID_Machine))
{     
USBH_HID_Reconnect();
}
}else
{
if(USBH_Check_EnumeDead(&USB_Host))
{     
USBH_HID_Reconnect();
}
}
t++;
if(t==200000)
{
LED1=!LED1;
t=0;
}
}
}