STM32学习之USB深入浅出（一）
第一节：USB设计的基础知识
1.USB设备的插入检测
USB主机是如何检测到设备的插入的呢？首先，在USB集线器的每个下游端口的D+和D-上，分别接了一个15K欧姆的下拉电阻到地。这样，在集线器的端口悬空时，就被这两个下拉电阻拉到了低电平。而在USB设备端，在D+或者D-上接了1.5K欧姆上拉电阻。对于全速和高速设备，上拉电阻是接在D+上；而低速设备则是上拉电阻接在D-上。这样，当设备插入到集线器时，由1.5K的上拉电阻和15K的下拉电阻分压，结果就将差分数据线中的一条拉高了。集线器检测到这个状态后，它就报告给USB主控制器（或者通过它上一层的集线器报告给USB主控制器），这样就检测到设备的插入了。USB高速设备先是被识别为全速设备，然后通过HOST和DEVICE两者之间的确认，再切换到高速模式的。在高速模式下，是电流传输模式，这时将D+上的上拉电阻断开。
一个简单的实验：只用一个上拉电阻接在USB的+5V和D+或者D-上，WINDOWS也会提示发现新硬件，但是无法找到驱动程序。这时去设备管理器里面看，有显示未知USB设备，并且其VID和PID为0。根据这个，我们可以简单的判断设备是否枚举成功。如下图所示，分别是枚举不成功和枚举成功的图。
2.USB的各种设备描述符以及各种描述符之间的关系
USB是个通用的总线，端口都是统一的。但是USB设备却各种各样，例如USB鼠标，USB键盘，U盘等等，那么USB主机是如何识别出不同的设备的呢？这就要依赖于描述符了。USB的描述符主要有设备描述符，配置描述符，接口描述符，端点描述符，字符串描述符，HID描述符，报告描述符等等。一个USB设备有一个设备描述符，设备描述符里面决定了该设备有多少种配置，每种配置描述符对应着配置描述符；而在配置描述符中又定义了该配置里面有多少个接口，每个接口有对应的接口描述符；在接口描述符里面又定义了该接口有多少个端点，每个端点对应一个端点描述符；端点描述符定义了端点的大小，类型等等。由此我们可以看出，USB的描述符之间的关系是一层一层的，最上一层是设备描述符，下面是配置描述符，再下面是接口描述符，再下面是端点描述符。在获取描述符时，先获取设备描述符，然后再获取配置描述符，根据配置描述符中的配置集合长度，一次将配置描述符、接口描述符、端点描述符一起一次读回。其中可能还会有获取设备序列号，厂商字符串，产品字符串等。
每种描述符都有自己独立的编号，如下：
下面分别详细介绍一下各描述符。
1.设备描述符
2.配置描述符
3.接口描述符
4.端点描述符
下面是一个配置描述符集合的定义
配置描述符集合的示例
其中关于端点的类型定义如下
端点号的定义如下
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1. 概要OTG设备使用插头中的ID引脚来区分A/B Device，ID接地被称作为A-Device,为连接时候的USB Host，A-Device始终为总线提供电力，ID悬空被称作为B-Device,为连接时候的USB Device，设备的USB Host/USB Device角色可以通过HNP切换。OTG设备连接时不能跨越USB Hub，如果跨越USB Hub则失去HNP功能。这里要注意A-Device/B-Device与USB Host/Device不是一回事 没有必然的绑定关系A-Device就一定要是Host，A-Device只是连接时的Host可以通过HNP切换，切换完毕A-Device变成USB Device但是仍然为总线提供电力。2．设备类型Embedded Host：提供标准的A插座，普通的USB Host并带有TPL（支持设备列表）OTG Device：使用Micro AB插座，可以在运行时切换Host/Device。仅外设B-Device：仅仅能作为外设的B-Device（分为插头一体和插头线缆分离的）。注意：OTG Device在插头插入后会先打开VBus，如果没有设备连接则关闭VBus，并开启ADP侦测，而Embedded Host则不会再次关闭VBus。3．协议SRP（Session Request Protocol）：B-Device使用。通过数据线上的脉冲，请求A-Device打开VBUS并且开始一个Session。Session为从VBUS打开到关闭这一段时间。支持：A-Device允许回应SRP，B-Device（包括仅能作为外设的B-Device），允许发起SRP。一个能够支持HNP的B- Device应该能够发起SRP。当A插头插入时关闭VBus的Host必须支持回应SRP，VBus总是打开的Host不必响应SRP。ADP（Attach Detection Protocol）：提供设备检测是否有对端设备插入。支持：任何OTG设备，Embedded Host，支持SRP的B-Device允许ADP Probing，B-Device和仅能作为外设的B-Device还必须支持ADP Senseing如果他们支持ADP Probing。HNP（Host Negotiation Protocol）：OTG设备通过HNP来切换Host/Device角色。当前的USB Host通过HNP Polling（类似Polling Hub）通过轮询GetStatus（）命令返回的数据中的Host request flag查询对端设备是否请求变为Host，Polling间隔为1-2秒。当当前的USB Host决定允许B-Device转变为Host以后通过SetFeature()打开b_hnp_enable，本次Session结束后Host回到A-Device手里。 4．设备框架OTG描述符在设备枚举时，A-Device通过GetDeor向B设备请求OTG描述符。OTG描述符也应当作为GetConfiguration（）的一部分返回。其中的bmAttributes标示B-Device是否支持ADP/HNP/SRP标准设备特性，通过SetFeature（）设置。b_hnp_enable设置此特性，显示B-Device被允许进行HNP，A设备必须在T(HOST_REQ_SUSP)时间内挂起总线。a_hnp_support早期OTG版本的兼容特性，设置这个特性指示B-Device对端的A-Device支持HNP。A-Device应当对B-Device设置此特性如果A-Device支持HNP。a_alt_hnp_support废弃GetStatus()其中数据部分OTG Status最低位为Host Request flag，指示当期的USB Device角色期望变为USB Host角色。5．一般连接过程（Host -& Device）OTG Device /Embedded Host 与 仅作为外设的B-device（带A插头型）Host端检测到A插头插入，停止ADP，打开VBus，因为B-Device的A插头与设备作为一体，此时B-Device必定与A插头连接，Host检测到外设连接，开始枚举。 OTG Device/Embedded Host 与 仅作为外设的B-device（A插头为线缆连接）Host段检测到A插头插入，停止ADP，打开VBus，如果B-Device是线缆连接完毕在将A插头插入则整个连接过程与上面无异，因为此 时B-Device可能还没有插入插头，则设备连接超时，VBus再次关闭，等待下一次ADP的改变（线缆连接完毕），再次打开VBus，此时开始正常总 线枚举。OTG Device 与 OTG DeviceHost端检测到插头插入，则打开VBus，如果没有外设检测到，则关闭VBus，打开ADP Probing，Device端检测到插头插入，则打开SRP，如果线缆没有插入，则SRP超时，Device端开始进行ADP Probing，当线缆连接完毕，Device端侦测到ADP变化，发送SRP请求Host打开VBus，Host回应SRP并且打开VBus，完成设备 连接。6．OTG Device（Host/Device）与普通USB Host/DeviceOTG Device（Device）插入普通USB Host：SPEC指示OTG Device满足所有USB外设条件，电器原理实现未查明。普通USB设备插入OTG Device（Host）：OTG兼容，但是电器原理实现未查明，对VBus的打开，以及ADP和SRP的处理有疑问。在usb.org上有人问起这个问题，回复只是讲会识别并且兼容，但是实现原理及监测细节未知。原贴地址：https://www.usb.org/phpbb/viewtopic.php?t=14450&highlight=otg最新的一些思考和猜想：1.ADP是OTG Device作为Host，既可以关闭VBus又能够监测普通USB设备的关键。2.OTG Device作为Host如果不支持ADP，但是支持SRP的，VBus应当始终打开（或者通过插入中断？RootHub Polling），如果要关闭VBus则仅能支持会发起SRP的OTG Device，普通的USB设备和不支持SRP的OTG Device，在Host没有ADP的情况下无法在关闭VBus的情况下检测到设备（除了插入中断）插入并且通过SRP打开VBus。注: OTG Device作为Host在A插头插入时会尝试打开VBus，如果插入设备线缆在A插头插入时已经连接完毕，则在这次插入时，正常枚举。如果插入设备线缆 在A插头插入时没有连接，作为Host的OTG Device又不支持ADP，但是支持SRP，那么插入设备可以在线缆插入后发起SRP打开VBus，如果插入设备不支持SRP。则设备工作不正常？3.OTG Device在监测总线活动和设备连接前会在插头插入时首先检测插头（普通USB不会检测插头，因为不关心，OTG的ID引脚会起控制器中断），从而决定OTG Device角色，并且通过ADP等待设备连接，然后打开VBus进行总线活动。关于SRP与ADP作为一个B-Device或者是普通的USB Device，怎样打开VBus进行总线枚举是他们的最终目的。SRP为B-Device请求A-Device打开A设备的手段之一，而ADP虽然作为检测插入设备为目的但是有些EH/OTG Device会在ADP检测到状况以后不等到SRP的到来（或者说不支持SRP）就打开VBus，倘若没有设备连接，再关闭VBus并且打开ADP继续侦 测（仅限于OTG Device EH不会），更有甚者检测完A插头直接打开VBus（ADP出来的较晚，很多早期的OTG控制器中，根本没有ADP和HNP Polling的字样，估计那时候可能SPEC里面还没有这些东西）这让SRP显得有些多余，但是我们作为一个B-Device的时候还是应当在开始总线 操作前发出SRP，保证不支持ADP只支持SRP并且插头插入时不打开VBus仅仅在受到SRP才打开VBus的控制器上，设备也能进行正常枚举。Mentor Graphics USB OTG Controller IP Core调试笔记MUSBHDRC与 MUSBMHDRC是Mentor Graphics出品的兼容支持OTG功能的IP Core被广泛的应用于 TI ADI的多媒体处理器中。两个IP的区别在于MUSBMHDRC带有Multipoint功能，可以接HUB。下面是我在FPGA上调试碰到的问题及解 决，欢迎交流拍砖。MUSBHDRC RTL V1.8版本BUG及解决1.中断不会PendingMUSBHDRC在关闭EP中断的情况下不会去置中断位，这样再次打开中断时，因为中断没有Pending，直接导致本次中断丢失。而 Mentor的做法也相当的令人鄙视，竟然只是在Datasheet中悄悄的把原先版本Datasheet中的中断会Pending的那句话悄悄的去掉。解决：只能在SOC级解决，Davinci的解决方法把相关的寄存器Shadow了一下，不允许操作原来MUSBHDRC中的相关中断寄存器而转而使用SOC提供的相关寄存器。2.DMA部分的BUGMUSB系列的DMA模式分为3种。DMA MODE 0，DMA MODE 1 REQ MODE 0, DMA MODE 1 REQ MODE 1。其中DMA MODE 1 REQ MODE 1在MUSBHDRC上无法正常工作，一旦FIFO里有Packet，并且& MAXP 则不会再来中断。DMA MODE 1 REQ MODE 0在连续的发起DMA请求时候会挂住总线，导致系统锁死，而且因为DMA MODE 1 REQ MODE 0必须知道数据总量的限制，在很多的USB上层的协议中都无法使用。DMA MODE 0在Device方式时效率低下，不考虑。解决：只能在SOC级解决，可以见到Davinci和TUSB都没有使用MUSBHDRC的DMA控制器，都是在SOC上做了一个DMA控制器实现相关DMA操作。MUSBMHDRC基本解决了MUSBHDRC中的相关BUG，并且增加了Multipoint功能。可惜Linux驱动中尚没有端点复用及调度相关代码，所以目前仍然不可能支持太多数量的USB设备。关于ID Pin中断MUSB系列没有提供ID Pin的中断，而我们从Controller看到的A/B Device逻辑也相当的奇怪。在A-Device状态下，写DEVCTL.SESSION则PHY拉起VBUS，DEVCTL.B-DEVICE和 DEVCTL.VBUS Session才有效，也就是说我们必须开始Session软件才能知道是目前A-Device还是B-Device，这在OTG状态机的A- Device向B-Device状态推进时会出现很大问题：驱动这边会出现许多协议里没有的状态变迁。这样在OTG Device-& Host 时插头发生变化而软件不知，没人来Drive VBUS，直接导致哑炮熄火（有朋友说我的没有啊，只是有时好用有时不好用，原因后面揭开）。而Host-& Device时，Host设备拔出时停留在A_WAIT_BCON状态，在换上B-Device插头时状态机没有经过A_WAIT_BCON-& A_WAIT_VBUS_FALL-& A_IDLE-&B_IDLE的变迁，直接导致驱动程序中状态机状态变迁异常，而Davinci采取了Timer不停地写Session的方法来 Workaround，但是不是解决问题的根本，而我们又不能总是通过Session来检测，最根本的解决方法就是外加一个ID Pin中断来检测插头，同时推进状态机。诡异的Session Request中断在Datasheet中，这是一条仅仅会在Host方式下来的中断，但是在实际使用中，这条中断来的十分诡异，B-Device状态下有时候会 在插入B插头时每隔3-5秒来一次，有时候又不来，有时候没插插头时也回来，飘忽。而驱动中收到Session Request中断则立即Driver VBUS，这解释了前面Device-&Host时而好用时而失效的原因。解决：走正规的ID PIN检测关闭此中断，在检测到A插头插入时立即打开Session -& Drive VBUS，这样就不用关心对方设备的SRP了。关于Device方式下SetAddress的注意按照Datasheet中的流程在收到Setup包的时候即可设置FADDR改变当前的Address，然后清掉RXPKTRDY并且置位 DataEND 回复0包，并且使Controller进入控制传输的Status Stage，完成后来一个MC_INT中断。实际则不然，如果这样操作会导致MUSB Controller失去响应，在协议分析仪上看到Controller在接下来的Get Deor的SETUP Transaction中的IN Token中没有任何回复，或者回复一些NAK后，失去响应。正确的操作方法为：收到SetAddress以后，不要立即设置FADDR，在Status Stage结束后来的那次中断中设置SETUP包中的传来的地址。关于DMA MODE 1 REQ MODE 1Device方式下DMA MODE 1 REQ MODE 1为兼容性和效率最佳方式。然而在Host方式下只能使用DMA MODE 0。归根结底在于DMA MODE 1 REQ MODE 1的结束条件& MAXP 倘若Host连续开启两个IN Transaction，每个IN Transaction大小为MAXP的倍数，则在DMA停止时无法区分两个包，前一次IN Transaction因为结束时还满足DMA MODE 1 REQ MODE 1的条件，直接导致DMA控制器将下一个IN Transaction的包已经收到了FIFO/URB中，如果所有IN Transaction 如果都能被MAXP整除，开始的那个URB岂不成一团浆糊了。解决：控制器设计问题非BUG无法解决，使用DMA MODE 0。关于Linux中的驱动程序。驱动位于drivers/usb/musb下。代码中没有端点复用和调度部分，因此Multipoint功能极大受限。Interrupt及Isochronous方式传输似乎有问题，尚未研究。关于VBUS_ERROR的缺陷。在一些需要电量较大的设备插入时MUSB在写入Devctl.Session时候VBus拉不起来，并且产生VBUS_ERROR中断，接下来 难堪的问题发生了，Controller居然切到B-Device状态，再也不能通过写Session拉起VBus。尚未找到恢复方法。
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给主人留下些什么吧！~~
请登录后评论。我是如何把《圈圈教你玩USB》学习板一次性焊接成；闫金龙；前言；刚好有一点时间就给大家把我的经验写出来了，希望能；我在网上看到好多兄弟，都在焊接的时候，没有掌握好；具体方法：；1、焊接前准备：0.8的焊锡丝（若干）、20W电；2、把焊接的环境清理干净；3、熟悉学习板的电路原理图、焊接元件的位图、配料；4、完成上面的3项，就可以开始焊接了；5、首先用万用表通断
我是如何把《圈圈教你玩USB》学习板一次性焊接成功的
刚好有一点时间就给大家把我的经验写出来了，希望能给大家带来帮助。所有照片都是用手机拍的，我的数码相机USB数据线被小孩子玩的时候弄丢了。大家就委屈一下吧，日后再补吧，呵呵…………
我在网上看到好多兄弟，都在焊接的时候，没有掌握好的焊接方法和没有养成良好的焊接习惯，而导致的焊接学习板失败的惨痛。我现在就把我的成功经验和技巧奉献给大家。
具体方法：
1、 焊接前准备：0.8的焊锡丝（若干）、20W电烙铁（可以方便更换烙铁头的那种，我用的就是这样的）、镊子（尖的、弯的各一把）、万用表、助焊剂（适量）、最好准备一个放大镜。
2、 把焊接的环境清理干净。
3、 熟悉学习板的电路原理图、焊接元件的位图、配料单（圈圈把这两个合一块了，大家焊前要注意，因为EDN黄娜给的阻容器件、排针是有余量的，呵呵）。
4、 完成上面的3项，就可以开始焊接了。
5、 首先用万用表通断档测试VCC与GND是否短路。这是所有的焊接都必须的一步，否则后果大大的严重。
6、 测试VCC与GND没有短路，就可以焊接了。
7、 由于是贴装和插件混合在一起的，所以要使用先易后难的焊接已经不可以了，要用插穿法来焊接。 8、 先把按键焊上，只要用万用表通断档测试各个按键能正常通断就好。焊接位置如下图
9、 这个不难吧，呵呵。经过3分钟就焊接OK。来秀下焊好的图
10、 不错呀，继续吧。
11、 接着我们就要焊接22M的晶振了。大家要问为什么要先焊它？其实理由很简单了，因为圈圈为
了省地方把它安排在40PIN插座里面了。不先焊它，以后就不好焊了，当然除非你是所谓的高手。呵呵，高手是不会犯这样低级的错误的。焊接位置如图
12、 提醒大家一点。EDN提供的晶振是没有垫拖的。大家要自己找呀。找不到也没有关系，用剪刀
剪一块和晶振大小一样的薄膜塑料垫在下面。为什么要垫薄膜塑料垫，我想大家都看到上面的照片了吧。晶振焊接位置有过孔，因为这个在40PIN插座里面，要足够的低，否则芯片插入会接触不良的。除非你乐意，呵呵…………
13、 接着就是两个22P的贴片电容。焊接贴片电容是这样的，先在焊接位置的中间一端点锡（这样
做的好处是不怕点锡多），然后用尖镊子把贴片电容放到焊接位置。用电烙铁放到点锡位置，轻轻的把电容向点锡位置送，然后迅速的把电烙铁离开点锡位置。少等3秒钟后，离开尖镊子。然后再点焊贴片电容另一端。同时另一个22P的贴片电容也参照此方法焊接。（所有的贴片电容，贴片电阻的焊接都要照此方法。其他不在叙诉。）好了看看我们焊好的照片吧。如下：
13、这个也好了，赶快把22UF的贴片电容焊上吧。（这个在焊接位图上是有方向的，应该是钽电解电容。乖乖怎么EDN给的器件里面没有呀。找不到22UF的吧，呵呵，这回该知道圈圈把位图和器件清单弄一块是有问题的吧。不要急用用排除法就找到了。对了就这两个东东。大家注意这两个是无方向的那种。估计EDN怕兄弟们弄错方向了吧。呵呵。。。）如下照片
14、焊好了，来秀一下吧。如下照片：
15、接着，就把40PIN的插座焊上吧。大家要注意方向呀。这也的交代，呵呵。。。。。来看看我们焊好的照片吧。呵呵。。如下照片：
16、接下来，我们该焊那一个呢？大家的意思呢？呵呵，到这步就有分歧了。我认为要焊LED灯了。为什么呢？要搭建单片机最小系统嘛。呵呵，这就是“老鸟“和“菜鸟”的区别。要做一步，想三步。（我的想法和圈圈书中所述的调试方法一致。这下知道我有多老了吧。呵呵。废话少说…..其实所有的调试法则都是一样的，如果连最小的系统都不能运行，你还接着焊下去有什么意义呢？对吧，要边焊边调，最后。出来的产品才会一次性成功。如果你不相信，可以问问那些“老鸟“是不是这样调的。呵呵）大家在这里要注意，贴片LED的阴阳两极的判断，带绿点的为阳，接VCC；另一端为阴，接MCU的I/O口，焊接方法参照第13步。我们来一块秀一下焊好的照片。如下：
17、接下来，我不说大家也知道该焊什么了。对了，接I/O的1K阻排。这样单片机最小系统就好了。大家可以试着用离线的编程器，烧录一个LED全亮的程序试试。一定会成功，除非你没有按我的方法做，或者就是程序错了。呵呵。（有的朋友说了做实验要5V的电压呀？5V的电压如何取呀？只要问这样的问题一定是菜鸟了。还记的你的USB吗？我们还没有焊接口。所以要从这里取电。如下图：（左右两边就是5V的输入。焊好引线直接连接到电源上即可。）
18、如果没有编程器，也没有关系，你就接着焊MAX232吧。圈圈给我们选的可是STC的芯片。阻容元件焊接方法参照13步。芯片焊接方法介绍如下：先用助焊剂把MAX232浸一下，这样它就有粘性了，放在PCB焊接位置上，先点焊一个引脚，固定后，其他的一一去点焊就好了。来看看焊好的照片吧。如下照片：
19、接着把两个短路子焊到PCB位置上，一切就OK了。可以使用在线编程了。找条串口线连接到PC就可以下了。当然你不用STC也可以那就用AT89S吧，这个就要焊上J4了。ISP/IAP
。你自己选吧，
反正我没用，省了，给我的FPGA和CPLD用，呵呵。短路子的位置照片如下：
20、接着把另一个阻排焊好。位置如下照片。注意引脚呀。
21、接着我们就来焊D12吧。D12管脚比较密，这里我们要更换烙铁头，为斜铲的那种。采用下拉焊。处理过程先用助焊剂把D12浸一下，这样它就有粘性了，放在PCB焊接位置上，先点焊一个引脚，固定后，其他的用锡点焊再拉焊就好了。PCB位图下照片：
22、接着就是6M的晶振了，处理方法参照第11步。
三亿文库包含各类专业文献、行业资料、外语学习资料、生活休闲娱乐、高等教育、文学作品欣赏、各类资格考试、专业论文、中学教育、我是如何把《圈圈教你玩USB》学习板一次性焊接成功的_图文51等内容。　}