單芯片解決方案，開(kāi)啟全新體驗(yàn)——W55MH32 高性能以太網(wǎng)單片機(jī)

W55MH32是WIZnet重磅推出的高性能以太網(wǎng)單片機(jī)，它為用戶帶來(lái)前所未有的集成化體驗(yàn)。這顆芯片將強(qiáng)大的組件集于一身，具體來(lái)說(shuō)，一顆W55MH32內(nèi)置高性能Arm? Cortex-M3核心，其主頻最高可達(dá)216MHz；配備1024KB FLASH與96KB SRAM，滿足存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)處理需求；集成TOE引擎，包含WIZnet全硬件TCP/IP協(xié)議棧、內(nèi)置MAC以及PHY，擁有獨(dú)立的32KB以太網(wǎng)收發(fā)緩存，可供8個(gè)獨(dú)立硬件socket使用。如此配置，真正實(shí)現(xiàn)了All-in-One解決方案，為開(kāi)發(fā)者提供極大便利。

在封裝規(guī)格上，W55MH32 提供了兩種選擇：QFN68和QFN100。

W55MH32Q采用QFN68封裝版本，尺寸為8x8mm，它擁有36個(gè)GPIO、3個(gè)ADC、12通道DMA、17個(gè)定時(shí)器、2個(gè)I2C、3個(gè)串口、2個(gè)SPI接口（其中1個(gè)帶I2S接口復(fù)用）、1個(gè)CAN以及1個(gè)USB2.0。在保持與同系列其他版本一致的核心性能基礎(chǔ)上，僅減少了部分GPIO以及SDIO接口，其他參數(shù)保持一致，性價(jià)比優(yōu)勢(shì)顯著，尤其適合網(wǎng)關(guān)模組等對(duì)空間布局要求較高的場(chǎng)景。緊湊的尺寸和精簡(jiǎn)化外設(shè)配置，使其能夠在有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效的網(wǎng)絡(luò)連接與數(shù)據(jù)交互，成為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)等緊湊型設(shè)備的理想選擇。 同系列還有QFN100封裝的W55MH32L版本，該版本擁有更豐富的外設(shè)資源，適用于需要多接口擴(kuò)展的復(fù)雜工控場(chǎng)景，軟件使用方法一致。更多信息和資料請(qǐng)進(jìn)入http://www.w5500.com/網(wǎng)站或者私信獲取。

此外，本W(wǎng)55MH32支持硬件加密算法單元，WIZnet還推出TOE+SSL應(yīng)用，涵蓋TCP SSL、HTTP SSL以及MQTT SSL等，為網(wǎng)絡(luò)通信安全再添保障。

為助力開(kāi)發(fā)者快速上手與深入開(kāi)發(fā)，基于W55MH32Q這顆芯片，WIZnet精心打造了配套開(kāi)發(fā)板。開(kāi)發(fā)板集成WIZ-Link芯片，借助一根USB C口數(shù)據(jù)線，就能輕松實(shí)現(xiàn)調(diào)試、下載以及串口打印日志等功能。開(kāi)發(fā)板將所有外設(shè)全部引出，拓展功能也大幅提升，便于開(kāi)發(fā)者全面評(píng)估芯片性能。

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第二十二章 USB 全速設(shè)備接口(USB)

1 USB 簡(jiǎn)介

USB 外設(shè)實(shí)現(xiàn)了 USB2.0 全速總線和 APB1 總線間的接口。

USB 外設(shè)支持 USB 掛起/恢復(fù)操作，可以停止設(shè)備時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)低功耗。

2 USB 主要特征

W55MH32的USB接口的主要特征如下：

?符合 USB2.0 全速設(shè)備的技術(shù)規(guī)范

?可配置 1 到 8 個(gè) USB 端點(diǎn)

? CRC(循環(huán)冗余校驗(yàn))生成/校驗(yàn)，反向不歸零(NRZI)編碼/解碼和位填充

? 支持同步傳輸

?支持批量/同步端點(diǎn)的雙緩沖區(qū)機(jī)制

?支持 USB 掛起/恢復(fù)操作

?幀鎖定時(shí)鐘脈沖生成

注： USB 和 CAN 共用一個(gè)專用的 512 字節(jié)的 SRAM 存儲(chǔ)器用于數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，因此不能同時(shí)使用USB 和 CAN(共享的 SRAM 被 USB 和 CAN 模塊互斥地訪問(wèn)) 。USB 和 CAN 可以同時(shí)用于一個(gè)應(yīng)用中但不能在同一個(gè)時(shí)間使用。下圖是 USB 外設(shè)的方框圖：

USB 設(shè)備框圖

3 USB 功能描述

USB 模塊為 PC 主機(jī)和微控制器所實(shí)現(xiàn)的功能之間提供了符合 USB 規(guī)范的通信連接。PC 主機(jī)和微控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸是通過(guò)共享一專用的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)來(lái)完成的，該數(shù)據(jù)緩沖區(qū)能被 USB 外設(shè)直接訪問(wèn)。這塊專用數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的大小由所使用的端點(diǎn)數(shù)目和每個(gè)端點(diǎn)最大的數(shù)據(jù)分組大小所決定，每個(gè)端點(diǎn)最大可使用 512 字節(jié)緩沖區(qū)，

最多可用于 16 個(gè)單向或 8 個(gè)雙向端點(diǎn)。USB 模塊同 PC 主機(jī)通信，根據(jù) USB規(guī)范實(shí)現(xiàn)令牌分組的檢測(cè)，數(shù)據(jù)發(fā)送/接收的處理，和握手分組的處理。整個(gè)傳輸?shù)母袷接捎布瓿?，其中包?CRC 的生成和校驗(yàn)。每個(gè)端點(diǎn)都有一個(gè)緩沖區(qū)描述塊，描述該端點(diǎn)使用的緩沖區(qū)地址、大小和需要傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)。當(dāng) USB 模塊識(shí)別出一個(gè)有效的功能/端點(diǎn)的令牌分組時(shí)，(如果需要傳輸數(shù)據(jù)并且端點(diǎn)已配置)隨之發(fā)生相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸。

USB 模塊通過(guò)一個(gè)內(nèi)部的 16 位寄存器實(shí)現(xiàn)端口與專用緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)交換。在所有的數(shù)據(jù)傳輸完成后，如果需要，則根據(jù)傳輸?shù)姆较?，發(fā)送或接收適當(dāng)?shù)奈帐址纸M。在數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束時(shí)，USB 模塊將觸發(fā)與端點(diǎn)相關(guān)的中斷，通過(guò)讀狀態(tài)寄存器和/或者利用不同的中斷處理程序，微控制器可以確定：

?哪個(gè)端點(diǎn)需要得到服務(wù)。

?產(chǎn)生如位填充、格式、CRC、協(xié)議、缺失 ACK、緩沖區(qū)溢出/緩沖區(qū)未滿等錯(cuò)誤時(shí)，正在進(jìn)行的是哪種類型的傳輸。USB 模塊對(duì)同步傳輸和高吞吐量的批量傳輸提供了特殊的雙緩沖區(qū)機(jī)制，在微控制器使用一個(gè)緩沖區(qū)的時(shí)候，該機(jī)制保證了 USB 外設(shè)總是可以使用另一個(gè)緩沖區(qū)。

在任何不需要使用 USB 模塊的時(shí)候，通過(guò)寫控制寄存器總可以使 USB 模塊置于低功耗模式(SUSPEND 模式)。在這種模式下，不產(chǎn)生任何靜態(tài)電流消耗，同時(shí) USB 時(shí)鐘也會(huì)減慢或停止。通過(guò)對(duì) USB 線上數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋z測(cè)，可以在低功耗模式下喚醒 USB 模塊。也可以將一特定的中斷輸入源直接連接到喚醒引腳上，以使系統(tǒng)能立即恢復(fù)正常的時(shí)鐘系統(tǒng)，并支持直接啟動(dòng)或停止時(shí)鐘系統(tǒng)。

3.1 USB 功能模塊描述

USB 模塊實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn) USB 接口的所有特性，它由以下部分組成：

?串行接口控制器(SIE)：該模塊包括的功能有：幀頭同步域的識(shí)別，位填充，CRC 的產(chǎn)生和校驗(yàn)，PID 的驗(yàn)證/產(chǎn)生，和握手分組處理等。它與 USB 收發(fā)器交互，利用分組緩沖接口提供的虛擬緩沖區(qū)存儲(chǔ)局部數(shù)據(jù)。它也根據(jù) USB 事件，和類似于傳輸結(jié)束或一個(gè)包正確接收等與端點(diǎn)相關(guān)事件生成信號(hào)，例如幀首(Start of Frame)，USB 復(fù)位，數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等等，這些信號(hào)用來(lái)產(chǎn)生中斷。

?定時(shí)器：本模塊的功能是產(chǎn)生一個(gè)與幀開(kāi)始報(bào)文同步的時(shí)鐘脈沖，并在 3ms 內(nèi)沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸?shù)臓顟B(tài)，檢測(cè)出(主機(jī)的)全局掛起條件。

?分組緩沖器接口：此模塊管理那些用于發(fā)送和接收的臨時(shí)本地內(nèi)存單元。它根據(jù) SIE 的要求分配合適的緩沖區(qū)，并定位到端點(diǎn)寄存器所指向的存儲(chǔ)區(qū)地址。它在每個(gè)字節(jié)傳輸后，自動(dòng)遞增地址，直到數(shù)據(jù)分組傳輸結(jié)束。它記錄傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)并防止緩沖區(qū)溢出。

?端點(diǎn)相關(guān)寄存器：每個(gè)端點(diǎn)都有一個(gè)與之相關(guān)的寄存器，用于描述端點(diǎn)類型和當(dāng)前狀態(tài)。對(duì)于單向和單緩沖器端點(diǎn)，一個(gè)寄存器就可以用于實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同的端點(diǎn)。一共 8 個(gè)寄存器，可以用于實(shí)現(xiàn)最多 16 個(gè)單向/單緩沖的端點(diǎn)或者 7 個(gè)雙緩沖的端點(diǎn)或者這些端點(diǎn)的組合。例如，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn) 4 個(gè)雙緩沖端點(diǎn)和 8 個(gè)單緩沖/單向端點(diǎn)。

?控制寄存器：這些寄存器包含整個(gè) USB 模塊的狀態(tài)信息，用來(lái)觸發(fā)諸如恢復(fù)，低功耗等 USB事件。

?中斷寄存器：這些寄存器包含中斷屏蔽信息和中斷事件的記錄信息。配置和訪問(wèn)這些寄存器可以獲取中斷源，中斷狀態(tài)等信息，并能清除待處理中斷的狀態(tài)標(biāo)志。

注意： 端點(diǎn) 0 總是作為單緩沖模式下的控制端點(diǎn)。

USB 模塊通過(guò) APB1 接口部件與 APB1 總線相連，APB1 接口部件包括以下部分：

?分組緩沖區(qū)：數(shù)據(jù)分組緩存在分組緩沖區(qū)中，它由分組緩沖接口控制并創(chuàng)建數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。應(yīng)用軟件可以直接訪問(wèn)該緩沖區(qū)。它的大小為 512 字節(jié)，由 256 個(gè) 16 位的字構(gòu)成。

?仲裁器：該部件負(fù)責(zé)處理來(lái)自 APB1 總線和 USB 接口的存儲(chǔ)器請(qǐng)求。它通過(guò)向 APB1 提供較高的訪問(wèn)優(yōu)先權(quán)來(lái)解決總線的沖突，并且總是保留一半的存儲(chǔ)器帶寬供 USB 完成傳輸。它采用時(shí)分復(fù)用的策略實(shí)現(xiàn)了虛擬的雙端口 SRAM，即在 USB 傳輸?shù)耐瑫r(shí)，允許應(yīng)用程序訪問(wèn)存儲(chǔ)器。此策略也允許任意長(zhǎng)度的多字節(jié) APB1 傳輸。

?寄存器映射單元：此部件將 USB 模塊的各種字節(jié)寬度和位寬度的寄存器映射成能被 APB1 尋址的 16 位寬度的內(nèi)存集合。

?APB1 封裝：此部件為緩沖區(qū)和寄存器提供了到 APB1 的接口，并將整個(gè) USB 模塊映射到 APB1地址空間。

?中斷映射單元：將可能產(chǎn)生中斷的 USB 事件映射到三個(gè)不同的 NVIC 請(qǐng)求線上：

······? USB 低優(yōu)先級(jí)中斷(通道 20)：可由所有 USB 事件觸發(fā)(正確傳輸，USB 復(fù)位等)。固件在處理中斷前應(yīng)當(dāng)首先確定中斷源。

······? USB 高優(yōu)先級(jí)中斷(通道 19)：僅能由同步和雙緩沖批量傳輸?shù)恼_傳輸事件觸發(fā)，目的是保證最大的傳輸速率。

······? USB 喚醒中斷(通道 42)：由 USB 掛起模式的喚醒事件觸發(fā)。

4 編程中需要考慮的問(wèn)題

在下面的章節(jié)中，將介紹 USB 模塊和應(yīng)用程序之間的交互過(guò)程，有利于簡(jiǎn)化應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。

4.1 系統(tǒng)復(fù)位和上電復(fù)位

發(fā)生系統(tǒng)復(fù)位或者上電復(fù)位時(shí)，應(yīng)用程序首先需要做的是提供 USB 模塊所需要的時(shí)鐘信號(hào)，然后清除復(fù)位信號(hào)，使程序可以訪問(wèn) USB 模塊的寄存器。復(fù)位之后的初始化流程如下所述：

首先，由應(yīng)用程序激活寄存器單元的時(shí)鐘，再配置設(shè)備時(shí)鐘管理邏輯單元的相關(guān)控制位，清除復(fù)位信號(hào)。

其次，必須配置 CNTR 寄存器的 PDWN 位用以開(kāi)啟 USB 收發(fā)器相關(guān)的模擬部分，這點(diǎn)需要特別的處理。此位能打開(kāi)為端點(diǎn)收發(fā)器供電的內(nèi)部參照電壓。由于打開(kāi)內(nèi)部電壓需要一段啟動(dòng)時(shí)間(數(shù)據(jù)手冊(cè)中的 tSTARTUP)，在此期間內(nèi) USB收發(fā)器處于不確定狀態(tài)，所以在設(shè)置 CNTR寄存器的 PDWN后必需等待一段時(shí)間之后，才能清除 USB 模塊的復(fù)位信號(hào)(清除 CNTR 寄存器上的 FRES 位)，和ISTR 寄存器的內(nèi)容，以便在使能其他任何單元的操作之前清除未處理的假中斷標(biāo)志。

最后，應(yīng)用程序需要通過(guò)配置設(shè)備時(shí)鐘管理邏輯的相應(yīng)控制位來(lái)為 USB 模塊提供標(biāo)準(zhǔn)所定義的48MHz 時(shí)鐘。

當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，應(yīng)用程序應(yīng)該初始化所有需要的寄存器和分組緩沖區(qū)描述表，使 USB 模塊能夠產(chǎn)生正常的中斷和完成數(shù)據(jù)傳輸。所有與端點(diǎn)無(wú)關(guān)的寄存器需要根據(jù)應(yīng)用的需求進(jìn)行初始化(比如中斷使能的選擇，分組緩沖區(qū)地址的選擇等)。接下來(lái)按照 USB 復(fù)位處理(參見(jiàn)下段)。

USB 復(fù)位(RESET 中斷)

發(fā)生 USB 復(fù)位時(shí)，USB 模塊進(jìn)入前面章節(jié)中描述過(guò)的系統(tǒng)復(fù)位狀態(tài)：所有端點(diǎn)的通信都被禁止(USB 模塊不會(huì)響應(yīng)任何分組)。在 USB 復(fù)位后，USB 模塊被使能，同時(shí)地址為 0 的默認(rèn)控制端點(diǎn)(端點(diǎn) 0)也需要被使能。這可以通過(guò)配置 USB_DADDR 寄存器的 EF 位，EP0R 寄存器和相關(guān)的分組緩沖區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在 USB 設(shè)備的枚舉階段，主機(jī)將分配給設(shè)備一個(gè)唯一的地址，這個(gè)地址必須寫入U(xiǎn)SB_DADDR 寄存器的 ADD[6:0]位中，同時(shí)配置其他所需的端點(diǎn)。

當(dāng)復(fù)位中斷產(chǎn)生時(shí)，應(yīng)用程序必需在中斷產(chǎn)生后的 10ms 之內(nèi)使能端點(diǎn) 0 的傳輸。

分組緩沖區(qū)的結(jié)構(gòu)和用途

每個(gè)雙向端點(diǎn)都可以接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。接收到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在該端點(diǎn)指定的專用緩沖區(qū)內(nèi)，而另一個(gè)緩沖區(qū)則用于存放待發(fā)送的數(shù)據(jù)。對(duì)這些緩沖區(qū)的訪問(wèn)由分組緩沖區(qū)接口模塊實(shí)現(xiàn)，它提出緩沖區(qū)訪問(wèn)請(qǐng)求，并等待確認(rèn)信息后返回。

為防止產(chǎn)生微控制器與 USB 模塊對(duì)緩沖區(qū)的訪問(wèn)沖突，緩沖區(qū)接口模塊使用仲裁制，使 APB1 總線的一半周期用于微控制器的訪問(wèn)，另一半保證 USB模塊的訪問(wèn)。這樣，微控制器和 USB 模塊對(duì)分組緩沖區(qū)的訪問(wèn)如同對(duì)一個(gè)雙端口 SRAM 的訪問(wèn)，即使微控制器連續(xù)訪問(wèn)緩沖區(qū)，也不會(huì)產(chǎn)生訪問(wèn)沖突。USB 模塊使用固定的時(shí)鐘，按照 USB 標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)鐘頻率被固定為 48MHz。APB1 總線的時(shí)鐘可以大于或者小于這個(gè)頻率。

注意： 為滿足 USB 數(shù)據(jù)傳輸率和分組緩沖區(qū)接口的系統(tǒng)需求，APB1 總線時(shí)鐘的頻率必須大于 8MHz，以避免數(shù)據(jù)緩沖區(qū)溢出或不滿每個(gè)端點(diǎn)對(duì)應(yīng)于兩個(gè)分組緩沖區(qū)(一般一個(gè)用于發(fā)送，另一個(gè)用于接收)。這些緩沖區(qū)可以位于整個(gè)分組存儲(chǔ)區(qū)的任意位置，因?yàn)樗鼈兊牡刂泛烷L(zhǎng)度都定義在緩沖區(qū)描述表中，而緩沖區(qū)描述表也同樣位于分組緩沖區(qū)中，其地址由 USB_BTABLE 寄存器確定。緩沖區(qū)描述表的每個(gè)表項(xiàng)都關(guān)聯(lián)到一個(gè)端點(diǎn)寄存器，它由 4 個(gè) 16 位的字組成，因此緩沖區(qū)描述表的起始地址按 8 字節(jié)對(duì)齊(寄存器的最低 3 位總是'000')。第 21.5.3 節(jié)詳細(xì)介紹緩沖區(qū)描述表表項(xiàng)。如果是非同步非雙緩沖的單向端點(diǎn)，只需要一個(gè)分組緩沖區(qū)(即發(fā)送方向上的分組緩沖區(qū))。其他未用到的端點(diǎn)或某個(gè)未使用的方向上的緩沖區(qū)描述表項(xiàng)可以用于其他用途。

分組緩沖區(qū)對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū)描述表項(xiàng)定位

不管是接收還是發(fā)送，分組緩沖區(qū)都是從底部開(kāi)始使用的。USB 模塊不會(huì)改變超出當(dāng)前分配到的緩沖區(qū)區(qū)域以外的其他緩沖區(qū)的內(nèi)容。如果緩沖區(qū)收到一個(gè)比自己大的數(shù)據(jù)分組，它只會(huì)接收最大為自身大小的數(shù)據(jù)，其他的丟掉，即發(fā)生了所謂的緩沖區(qū)溢出異常。

端點(diǎn)初始化

初始化端點(diǎn)的第一步是把適當(dāng)?shù)闹祵懙?ADDRn_TX 或 ADDRn_RX 寄存器中，以便 USB 模塊能找到要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)或準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。USB_EPnR 寄存器的 EP_TYPE 位確定端點(diǎn)的基本類型，EP_KIND 位確定端點(diǎn)的特殊特性。作為發(fā)送方，需要設(shè)置 USB_EPnR 寄存器的 STAT_TX 位來(lái)使能端點(diǎn)，并配置 COUNTn_TX 位決定發(fā)送長(zhǎng)度。作為接收方，需要設(shè)置 STAT_RX 位來(lái)使能端點(diǎn)，并且設(shè)置 BL_SIZE 和 NUM_BLOCK 位，確定接收緩沖區(qū)的大小，以檢測(cè)緩沖區(qū)溢出的異常。

對(duì)于非同步非雙緩沖批量傳輸?shù)膯蜗蚨它c(diǎn)，只需要設(shè)置一個(gè)傳輸方向上的寄存器。一旦端點(diǎn)被使能，應(yīng)用程序就不能再修改 USB_EPnR 寄存器的值和 ADDRn_TX/ADDRn_RX,COUNTn_TX/COUNTn_RX 所在的位置，因?yàn)檫@些值會(huì)被硬件實(shí)時(shí)修改。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸完成時(shí)，CTR 中斷會(huì)產(chǎn)生，此時(shí)上述寄存器可以被訪問(wèn)，并重新使能新的傳輸。

IN 分組(用于數(shù)據(jù)發(fā)送)

當(dāng)接收到一 IN 令牌分組時(shí)，如果接收到的地址和一個(gè)配置好的端點(diǎn)地址相符合的話，USB 模塊將會(huì)根據(jù)緩沖區(qū)描述表的表項(xiàng)，訪問(wèn)相應(yīng)的 ADDRn_TX 和 COUNTn_TX 寄存器，并將這些寄存器中的數(shù)值存儲(chǔ)到內(nèi)部的 16 位寄存器 ADDR 和 COUNT(應(yīng)用程序無(wú)法訪問(wèn))中。此時(shí)，USB 模塊開(kāi)始根據(jù) DTOG_TX 位發(fā)送 DATA0 或 DATA1 分組，并訪問(wèn)緩沖區(qū)(請(qǐng)參考'分組緩沖區(qū)的結(jié)構(gòu)和用途'段落)。

在 IN 分組傳輸完畢之后，從緩沖區(qū)讀到的第一個(gè)字節(jié)將被裝載到輸出移位寄存器中，并開(kāi)始發(fā)送。最后一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)發(fā)送完成之后，計(jì)算好的 CRC 將被發(fā)送。如果收到的分組所對(duì)應(yīng)的端點(diǎn)是無(wú)效的，將根據(jù) USB_EPnR 寄存器上的 STAT_TX 位發(fā)送 NAK 或 STALL 握手分組而不發(fā)送數(shù)據(jù)。

ADDR 內(nèi)部寄存器被用作當(dāng)前緩沖區(qū)的指針，COUNT 寄存器用于記錄剩下未傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)。USB總線使用低字節(jié)在先的方式傳輸從緩沖區(qū)中讀出的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)從 ADDRn_TX 指向的數(shù)據(jù)分組緩沖區(qū)開(kāi)始讀取，長(zhǎng)度為 COUNTn_TX/2 個(gè)字。如果發(fā)送的數(shù)據(jù)分組為奇數(shù)個(gè)字節(jié)，則只使用最后一個(gè)字的低 8 位。

在接收到主機(jī)響應(yīng)的 ACK 后，USB_EPnR 寄存器的值有以下更新：DTOG_TX 位被翻轉(zhuǎn)，STAT_TX位為'10'，使端點(diǎn)無(wú)效，CTR_TX 位被置位。應(yīng)用程序需要通過(guò) USB_ISTR 寄存器的 EP_ID 和 DIR 位識(shí)別產(chǎn)生中斷的 USB 端點(diǎn)。CTR_TX 事件的中斷服務(wù)程序需要首先清除中斷標(biāo)志位，然后準(zhǔn)備好需要發(fā)送的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，更新 COUNTn_TX 為下次需要傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)，最后再設(shè)置 STAT_TX 位為'11'(端點(diǎn)有效)，再次使能數(shù)據(jù)傳輸。

當(dāng) STAT_TX 位為'10'時(shí)(端點(diǎn)為 NAK 狀態(tài))，任何發(fā)送到該端點(diǎn)的 IN 請(qǐng)求都會(huì)被 NAK，USB 主機(jī)會(huì)重發(fā) IN 請(qǐng)求直到該端點(diǎn)確認(rèn)請(qǐng)求有效。上述操作過(guò)程是必需遵守的，以避免丟失緊隨上一次 CTR 中斷請(qǐng)求的下一個(gè) IN 傳輸請(qǐng)求。

OUT 分組和 SETUP 分組(用于數(shù)據(jù)接收)

USB 模塊對(duì)這兩種分組的處理方式基本相同；對(duì) SETUP 分組的特殊處理將在下面關(guān)于控制傳輸部分詳細(xì)說(shuō)明。當(dāng)接收到一個(gè) OUT 或 SETUP 分組時(shí)，如果地址和某個(gè)有效端點(diǎn)的地址相匹配，USB模塊將訪問(wèn)緩沖區(qū)描述表，找到與該端點(diǎn)相關(guān)的 ADDRn_RX 和 COUNTn_RX 寄存器，并將ADDRn_RX寄存器的值保存在內(nèi)部 ADDR 寄存器中。

同時(shí)，COUNT 會(huì)被被復(fù)位，從 COUNTn_RX中讀出的 BL_SIZE 和 NUM_BLOCK 的值用于初始化內(nèi)部 16 位寄存器 BUF_COUNT，該寄存器用于檢測(cè)緩沖區(qū)溢出(所有的內(nèi)部寄存器都不能被應(yīng)用程序訪問(wèn))。USB 模塊將隨后收到的數(shù)據(jù)按字方式組織(先收到的為低字節(jié))，并存儲(chǔ)到 ADDR 指向的分組緩沖區(qū)中。同時(shí)，BUF_COUNT 值自動(dòng)遞減，COUNT 值自動(dòng)遞增。當(dāng)檢測(cè)到數(shù)據(jù)分組的結(jié)束信號(hào)時(shí)，USB 模塊校驗(yàn)收到 CRC 的正確性。如果傳輸中沒(méi)有任何錯(cuò)誤發(fā)生，則發(fā)送 ACK握手分組到主機(jī)。即使發(fā)生 CRC錯(cuò)誤或者其他類型的錯(cuò)誤(位填充，幀錯(cuò)誤等)，數(shù)據(jù)還是會(huì)被保存到分組緩沖區(qū)中，至少會(huì)保存到發(fā)生錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)點(diǎn)，只是不會(huì)發(fā)送 ACK 分組，并且 USB_ISTR 寄存器的 ERR 位將會(huì)置位。在這種情況下，應(yīng)用程序通常不需要干涉處理，USB 模塊將從傳輸錯(cuò)誤中自動(dòng)恢復(fù)，并為下一次傳輸做好準(zhǔn)備。如果收到的分組所對(duì)應(yīng)的端點(diǎn)沒(méi)有準(zhǔn)備好，USB 模塊將根據(jù) USB_EPnR 寄存器的 STAT_RX 位發(fā)送 NAK 或 STALL 分組，數(shù)據(jù)將不會(huì)被寫入接收緩沖區(qū)。

ADDRn_RX 的值決定接收緩沖區(qū)的起始地址，長(zhǎng)度由包含 CRC 的數(shù)據(jù)分組的長(zhǎng)度(即有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)度+2)決定，但不能超過(guò) BL_SIZE 和 NUM_BLOCK 所定義的緩沖區(qū)的長(zhǎng)度。如果接收到的數(shù)據(jù)分組的長(zhǎng)度超出了緩沖區(qū)的范圍，超過(guò)范圍的數(shù)據(jù)不會(huì)被寫入緩沖區(qū)，USB 模塊將報(bào)告緩沖區(qū)發(fā)生溢出，并向主機(jī)發(fā)送 STALL 握手分組，通知此次傳輸失敗，也不產(chǎn)生中斷。

如果傳輸正確完成，USB 模塊將發(fā)送 ACK 握手分組，內(nèi)部的 COUNT 寄存器的值會(huì)被復(fù)制到相應(yīng)的COUNTn_RX 寄存器中，BL_SIZE 和 NUM_BLOCK 的值保持不變，也不需要重寫。USB_EPnR 寄存器按下列方式更新：DTOG_RX 位翻轉(zhuǎn)，STAT_RX=10(NAK)使端點(diǎn)無(wú)效，CTR_RX 位置位(如果 CTR中斷已使能，將觸發(fā)中斷)。如果傳輸過(guò)程中發(fā)生了錯(cuò)誤或者緩沖區(qū)溢出，前面所列出的動(dòng)作都不會(huì)發(fā)生。

CRT 中斷發(fā)生時(shí)，應(yīng)用程序需要首先根據(jù) USB_ISTR 寄存器的 EP_ID 和 DIR 位識(shí)別是哪個(gè)端點(diǎn)的中斷請(qǐng)求。在處理 CTR_RX 中斷事件時(shí)，應(yīng)用程序首先要確定傳輸?shù)念愋?根據(jù) USB_EPnR寄存器的 SETUP 位)，同時(shí)清除中斷標(biāo)志位，然后讀相關(guān)的緩沖區(qū)描述表表項(xiàng)指向的 COUNTn_RX寄存器，獲得此次傳輸?shù)目傋止?jié)數(shù)。處理完接收到的數(shù)據(jù)后，應(yīng)用程序需要將 USB_EPnR 中的STAT_RX位置成'11'，使能下一次的的傳輸。當(dāng) STAT_RX位為'10'時(shí)(NAK)，任何一個(gè)發(fā)送到端點(diǎn)上的 OUT 請(qǐng)求都會(huì)被 NAK，PC 主機(jī)將不斷重發(fā)被 NAK 的分組，直到收到端點(diǎn)的 ACK 握手分組。以上描述的操作次序是必需遵守的，以避免丟失緊隨上一個(gè) CTR 中斷的另一個(gè) OUT 分組請(qǐng)求。

控制傳輸

控制傳輸由 3 個(gè)階段組成，首先是主機(jī)發(fā)送 SETUP 分組的 SETUP 階段，然后是主機(jī)發(fā)送零個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)階段，最后是狀態(tài)階段，由與數(shù)據(jù)階段方向相反的數(shù)據(jù)分組構(gòu)成。SETUP 傳輸只發(fā)生在控制端點(diǎn)，它非常類似于 OUT 分組的傳輸過(guò)程。使能 SETUP 傳輸除了需要分別初始化DTOG_TX 位為'1'，DTOG_RX 位為'0'外，還需要設(shè)置 STAT_TX 位和 STAT_RX 位為 10(NAK)，由應(yīng)用程序根據(jù) SETUP 分組的相應(yīng)字段決定后面的傳輸是 IN 還是 OUT。

控制端點(diǎn)在每次發(fā)生CTR_RX中斷時(shí)，都必須檢查USB_EPnR寄存器的SETUP位，以識(shí)別是普通的OUT分組還是SETUP分組。USB 設(shè)備應(yīng)該能夠通過(guò) SETUP 分組中的相應(yīng)數(shù)據(jù)決定數(shù)據(jù)階段傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)和方向，并且能在發(fā)生錯(cuò)誤的情況下發(fā)送 STALL 分組，拒絕數(shù)據(jù)的傳輸。因此在數(shù)據(jù)階段，未被使用到的方向都應(yīng)該被設(shè)置成 STALL，并且在開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)階段的最后一個(gè)數(shù)據(jù)分組時(shí)，其反方向的傳輸仍設(shè)成 NAK 狀態(tài)，這樣，即使主機(jī)立刻改變了傳輸方向(進(jìn)入狀態(tài)階段)，仍然可以保持為等待控制傳輸結(jié)束的狀態(tài)。在控制傳輸成功結(jié)束后，應(yīng)用程序可以把 NAK 變?yōu)?VALD，如果控制傳輸出錯(cuò)，就改為 STALL。

此時(shí)，如果狀態(tài)分組是由主機(jī)發(fā)送給設(shè)備的，那么 STATUS_OUT 位(USB_EPnR 寄存器中的 EP_KIND)應(yīng)該被置位，只有這樣，在狀態(tài)傳輸過(guò)程中收到了非零長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)分組，才會(huì)產(chǎn)生傳輸錯(cuò)誤。在完成狀態(tài)傳輸階段后，應(yīng)用程序應(yīng)該清除 STATUS_OUT 位，并且將 STAT_RX 設(shè)為 VALID 表示已準(zhǔn)備好接收一個(gè)新的命令請(qǐng)求，STAT_TX 則設(shè)為 NAK，表示在下一個(gè) SETUP 分組傳輸完成前，不接受數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼?qǐng)求。

USB 規(guī)范定義 SETUP 分組不能以非 ACK 握手分組來(lái)響應(yīng)，如果 SETUP 分組傳輸失敗，則會(huì)引發(fā)下一個(gè) SETUP 分組。因此，以 NAK 或 STALL 分組響應(yīng)主機(jī)的 SETUP 分組是被禁止的。當(dāng) STAT_RX 位被設(shè)置為'01'(STALL)或'10'(NAK)時(shí)，如果收到 SETUP 分組，USB 模塊會(huì)接收分組，開(kāi)始分組所要求的數(shù)據(jù)傳輸，并回送 ACK 握手分組。如果應(yīng)用程序在處理前一個(gè) CTR_RX 事件時(shí)USB 模塊又收到了 SETUP 分組(即 CTR_RX 仍然保持置位)，USB 模塊會(huì)丟掉收到的 SETUP 分組，并且不回答任何握手分組，以此來(lái)模擬一個(gè)接收錯(cuò)誤，迫使主機(jī)再次發(fā)送 SETUP 分組。這樣做是為了避免丟失緊隨一次 CTR_RX 中斷之后的又一個(gè) SETUP 分組傳輸。

4.2 雙緩沖端點(diǎn)

USB 標(biāo)準(zhǔn)不僅為不同的傳輸模式定義了不同的端點(diǎn)類型，而且對(duì)這些數(shù)據(jù)傳輸所需要的系統(tǒng)要求做了描述。其中，批量端點(diǎn)適用于在主機(jī) PC 和 USB 設(shè)備之間傳輸大批量的數(shù)據(jù)，因?yàn)橹鳈C(jī)可以在一幀內(nèi)利用盡可能多的帶寬批量傳輸數(shù)據(jù)，使傳輸效率得到提高。然而，當(dāng) USB 設(shè)備處理前一次的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，又收到新的數(shù)據(jù)分組，它將回應(yīng) NAK 分組，使 PC 主機(jī)不斷重發(fā)同樣的數(shù)據(jù)分組，直到設(shè)備在可以處理數(shù)據(jù)時(shí)回應(yīng) ACK 分組。這樣的重傳占用了很多帶寬，影響了批量傳輸?shù)乃俾剩虼艘肓伺慷它c(diǎn)的雙緩沖機(jī)制，提高數(shù)據(jù)傳輸率。

使用雙緩沖機(jī)制時(shí)，單向端點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸將使用到該端點(diǎn)的接收和發(fā)送兩塊數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)位用來(lái)選擇當(dāng)前使用到兩塊緩沖區(qū)中的哪一塊，使應(yīng)用程序可以在 USB 模塊訪問(wèn)其中一塊緩沖區(qū)的同時(shí)，對(duì)另一塊緩沖區(qū)進(jìn)行操作。例如，對(duì)一個(gè)雙緩沖批量端點(diǎn)進(jìn)行 OUT 分組傳輸時(shí)，USB模塊將來(lái)自 PC 主機(jī)的數(shù)據(jù)保存到一個(gè)緩沖區(qū)，同時(shí)應(yīng)用程序可以對(duì)另一個(gè)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理(對(duì)于 IN 分組來(lái)說(shuō)，情況是一樣的)。因?yàn)榍袚Q緩沖區(qū)的管理機(jī)制需要用到所有 4 個(gè)緩沖區(qū)描述表的表項(xiàng)，分別用來(lái)表示每個(gè)方向上的兩個(gè)緩沖區(qū)的地址指針和緩沖區(qū)大小，因此用來(lái)實(shí)現(xiàn)雙緩沖批量端點(diǎn)的 USB_EPnR 寄存器必需配置為單向。所以只需要設(shè)定 STAT_RX 位(作為雙緩沖批量接收端點(diǎn))或者 STAT_TX 位(作為雙緩沖批量發(fā)送端點(diǎn))。

如果需要一個(gè)雙向的雙緩沖批量端點(diǎn)，則須使用兩個(gè) USB_EPnR 寄存器。為盡可能利用雙緩沖的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到較高的傳輸速率，雙緩沖批量端點(diǎn)的流量控制流程與其他端點(diǎn)的稍有不同。它只在緩沖區(qū)發(fā)生訪問(wèn)沖突時(shí)才會(huì)設(shè)置端點(diǎn)為 NAK 狀態(tài)，而不是在每次傳輸成功后都將端點(diǎn)設(shè)為 NAK 狀態(tài)。

DTOG 位用來(lái)標(biāo)識(shí) USB 模塊當(dāng)前所使用的儲(chǔ)存緩沖區(qū)。雙緩沖批量端點(diǎn)接收方向的緩沖區(qū)由DTOG_RX(USB_EPnR 寄存器的第 14 位)標(biāo)識(shí)，而雙緩沖批量端點(diǎn)發(fā)送方向的緩沖區(qū)由DTOG_TX(USB_EPnR 寄存器的第 6 位)標(biāo)識(shí)。同時(shí)，USB 模塊也需要知道當(dāng)前哪個(gè)緩沖區(qū)正在被應(yīng)用程序使用，以避免發(fā)生沖突。由于 USB_EPnR 寄存器中有 2 個(gè) DTOG 位，而 USB 模塊只使用其中的一位來(lái)標(biāo)識(shí)硬件所使用的緩沖區(qū)，因此，應(yīng)用程序可使用另一位來(lái)標(biāo)識(shí)當(dāng)前正在使用哪個(gè)緩

沖區(qū)，這個(gè)新的標(biāo)識(shí)被稱為 SW_BUF 位。下表列出了雙緩沖批量端點(diǎn)在實(shí)現(xiàn)發(fā)送和接收操作時(shí)，USB_EPNR 寄存器的 DTOG 位和 SW_BUF 位之間的關(guān)系。

雙緩沖批量端點(diǎn)緩沖區(qū)標(biāo)識(shí)定義

USB 模塊當(dāng)前使用的緩沖區(qū)由 DTOG 位標(biāo)識(shí)，而應(yīng)用程序所使用的緩沖區(qū)由 SW_BUF 位標(biāo)識(shí)，這兩個(gè)位的標(biāo)識(shí)方式相同，下表描述了這種標(biāo)識(shí)方式。

雙緩沖批量端點(diǎn)的緩沖區(qū)使用標(biāo)識(shí)

1.端點(diǎn)處于 NAK 狀態(tài)

可以通過(guò)以下方式設(shè)置一個(gè)雙緩沖批量端點(diǎn)：

?將 USB_EPnR 寄存器的 EP_TYPE 位設(shè)為'00'，定義端點(diǎn)為批量端點(diǎn)

?將 USB_EPnR 寄存器的 EP_KIND 位設(shè)為'1'，定義端點(diǎn)為雙緩沖端點(diǎn)

應(yīng)用程序根據(jù)傳輸開(kāi)始時(shí)用到的緩沖區(qū)來(lái)初始化 DTOG 和 SW_BUF 位；這需要考慮到這兩位的數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)特性。設(shè)置好 DBL_BUF 位之后，每完成一次傳輸后，USB 模塊將根據(jù)雙緩沖批量端點(diǎn)的流量控制操作，并且持續(xù)到 DBL_BUF 變?yōu)闊o(wú)效為止。

每次傳輸結(jié)束，根據(jù)端點(diǎn)的傳輸方向，CTR_RX 位或 CTR_TX 位將會(huì)置為'1'。與此同時(shí)，硬件將設(shè)置相應(yīng)的 DTOG 位，完全獨(dú)立于軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)緩沖區(qū)交換機(jī)制。DBL_BUF 位設(shè)置后，每次傳輸結(jié)束時(shí)，雙緩沖批量端點(diǎn)的 STAT 位的取值不會(huì)像其他類型端點(diǎn)一樣受到傳輸過(guò)程的影響，而是一直保持為'11'(有效)。但是，如果在收到新的數(shù)據(jù)分組的傳輸請(qǐng)求時(shí)，USB 模塊和應(yīng)用程序發(fā)生了緩沖區(qū)訪問(wèn)沖突(即 DTOG 和 SW_BUF 為相同的值，)，狀態(tài)位將會(huì)被置為'10'(NAK)。應(yīng)用程序響應(yīng) CTR 中斷時(shí)，首先要清除中斷標(biāo)志，然后再處理傳輸完成的數(shù)據(jù)。

應(yīng)用程序訪問(wèn)緩沖區(qū)之后，需要翻轉(zhuǎn) SW_BUF 位，以通知 USB模塊該塊緩沖區(qū)已變?yōu)榭捎脿顟B(tài)。由此，雙緩沖批量傳輸?shù)?NAK 分組的數(shù)目只由應(yīng)用程序處理一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)目炻鶝Q定：如果數(shù)據(jù)處理的時(shí)間小于 USB 總線上完成一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間，則不會(huì)發(fā)生重傳，此時(shí)，數(shù)據(jù)的傳輸率僅受限于 USB 主機(jī)。

應(yīng)用程序也可以不考慮雙緩沖批量端點(diǎn)的特殊控制流程，直接在相應(yīng) USB_EPnR 寄存器的 STAT 位寫入非'11'的任何狀態(tài)，在這種情況下，USB 模塊將按照寫入的狀態(tài)執(zhí)行流程而忽略緩沖器實(shí)際的使用情況。

4.3 同步傳輸

USB 標(biāo)準(zhǔn)定義了一種全速的需要保持固定和精確的數(shù)據(jù)傳輸率的傳輸方式：同步傳輸。同步傳輸一般用于傳輸音頻流、壓縮的視頻流等對(duì)數(shù)據(jù)傳輸率有嚴(yán)格要求的數(shù)據(jù)。一個(gè)端點(diǎn)如果在枚舉時(shí)被定義為“同步端點(diǎn)”，USB 主機(jī)則會(huì)為每個(gè)幀分配固定的帶寬，并且保證每個(gè)幀正好傳送一個(gè)IN 分組或者 OUT 分組(由端點(diǎn)傳輸方向確定分組類型)。為了滿足帶寬要求，同步傳輸中沒(méi)有出錯(cuò)重傳；這也就意味著，同步傳輸在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)分組之后，無(wú)握手協(xié)議，即不會(huì)發(fā)送 ACK 分組。同樣，同步傳輸只傳送 PID(分組 ID)為 DATA0 的數(shù)據(jù)包,而不會(huì)用到數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)機(jī)制。

通過(guò)設(shè)置 USB_EPnR 寄存器 EP_TYPE 為'10'，可以使其成為同步端點(diǎn)。同步端點(diǎn)沒(méi)有握手機(jī)制，根據(jù) USB 標(biāo)準(zhǔn)中的說(shuō)明，USB_EPnR 寄存器的 STAT_RX 位和 STAT_TX 位分別只能設(shè)成'00'(禁止)和'11'(有效)。同步傳輸通過(guò)實(shí)現(xiàn)雙緩沖機(jī)制來(lái)簡(jiǎn)化軟件應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)，它同樣使用兩個(gè)緩沖區(qū)，以確保在 USB 模塊使用其中一塊緩沖區(qū)時(shí)，應(yīng)用程序可以訪問(wèn)另外一塊緩沖區(qū)。USB 模塊使用的緩沖區(qū)根據(jù)不同的傳輸方向，由不同的 DTOG 位來(lái)標(biāo)識(shí)。(同一寄存器中的DTOG_RX 位用來(lái)標(biāo)識(shí)接收同步端點(diǎn)，DTOG_TX 位用來(lái)標(biāo)識(shí)發(fā)送同步端點(diǎn))，見(jiàn)下表。

步端點(diǎn)的緩沖區(qū)使用標(biāo)識(shí)同

與雙緩沖批量端點(diǎn)一樣，一個(gè) USB_EPnR 寄存器只能處理同步端點(diǎn)單方向的數(shù)據(jù)傳輸，如果要求同步端點(diǎn)在兩個(gè)傳輸方向上都有效，則需要使用兩個(gè) USB_EPnR 寄存器。應(yīng)用程序需要根據(jù)首次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組來(lái)初始化 DTOG 位；它的取值還需要考慮到 DTOG_RX 或DTOG_TX 兩位的數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)特性。每次傳輸完成時(shí)，USB_EPnR 寄存器的 CTR_RX 位或 CTR_TX 位置位。與此同時(shí)，相關(guān)的 DTOG 位由硬件翻轉(zhuǎn)，從而使得交換緩沖區(qū)的操作完全獨(dú)立于應(yīng)用程序。傳輸結(jié)束時(shí)，STAT_RX 或 STAT_TX 位不會(huì)發(fā)生變化，因?yàn)橥絺鬏敍](méi)有握手機(jī)制，所以不需要任何流量控制，而一直設(shè)為'11'(有效)。同步傳輸中，即使 OUT 分組發(fā)生 CRC 錯(cuò)誤或者緩沖區(qū)溢出，本次傳輸仍被看作是正確的，并且可以觸發(fā) CTR_RX 中斷事件；但是，發(fā)生 CRC 錯(cuò)誤時(shí)硬件會(huì)設(shè)置 USB_ISTR 寄存器的 ERR 位，提醒應(yīng)用程序數(shù)據(jù)可能損壞。

4.4 掛起/恢復(fù)事件

USB 標(biāo)準(zhǔn)中定義了一種特殊的設(shè)備狀態(tài)，即掛起狀態(tài)，在這種狀態(tài)下 USB 總線上的平均電流消耗不超過(guò) 500uA。這種電流限制對(duì)于由總線供電的 USB 設(shè)備至關(guān)重要，而自供電的設(shè)備則不需要嚴(yán)格遵守這樣的電流消耗限制。USB 主機(jī)以 3 毫秒內(nèi)不發(fā)送任何信號(hào)標(biāo)志進(jìn)入掛起狀態(tài)。通常情況下 USB 主機(jī)每毫秒會(huì)發(fā)送一個(gè) SOF，當(dāng) USB 模塊檢測(cè)到 3 個(gè)連續(xù)的 SOF 分組丟失事件即可判定主機(jī)發(fā)出了掛起請(qǐng)求，接著它會(huì)置位 SB_ISTR 寄存器的 SUSP 位，以觸發(fā)掛起中斷。USB 設(shè)備進(jìn)入掛起狀態(tài)之后，將由“喚醒”序列喚醒。所謂的“喚醒”序列,可以由 USB 主機(jī)發(fā)起，也可以由 USB設(shè)備本身觸發(fā)；但是，只有 USB 主機(jī)可以結(jié)束“喚醒”序列。

被掛起的 USB 模塊必須至少還具備檢測(cè) RESET 信號(hào)的功能，它會(huì)將其當(dāng)作一次正常的復(fù)位操作來(lái)執(zhí)行。實(shí)際的掛起操作過(guò)程對(duì)于不同的 USB 設(shè)備來(lái)說(shuō)是不同的，因?yàn)樾枰煌牟僮鱽?lái)降低電源消耗。下面描述了一起典型的掛起操作，重點(diǎn)介紹應(yīng)用程序如何響應(yīng) USB 模塊的 SUSP 信號(hào)。

將 USB_CNTR 寄存器的 FSUSP 置為'1'，這將使 USB 模塊進(jìn)入掛起狀態(tài)。USB 模塊一旦進(jìn)入掛起狀態(tài)，對(duì) SOF 的檢測(cè)立刻停止，以避免在 USB 掛起時(shí)又發(fā)生新的 SUSP 事件。

消除或減少 USB 模塊以外的其他模塊的靜態(tài)電流消耗。

將 USB_CNTR 寄存器的 LP_MODE 位置為'1'，這將消除模擬 USB 收發(fā)器的靜態(tài)電流消耗，但仍能檢測(cè)到喚醒信號(hào)。

可以選擇關(guān)閉外部振蕩器和設(shè)備的 PLL，以停止設(shè)備內(nèi)部的任何活動(dòng)。當(dāng)設(shè)備處于掛起狀態(tài)時(shí)發(fā)生 USB 事件，該設(shè)備會(huì)被喚醒，并需要調(diào)用“喚醒”例程來(lái)恢復(fù)系統(tǒng)時(shí)鐘，和 USB 數(shù)據(jù)傳輸。如果喚醒設(shè)備的是 USB 復(fù)位操作，則應(yīng)該保證喚醒的過(guò)程不要超過(guò) 10 毫秒(參見(jiàn)“USB 協(xié)議規(guī)范”)。USB 模塊處于掛起狀態(tài)時(shí)，喚醒或復(fù)位事件需要清除 USB_CNTR 寄存器的 LP_MODE 位。

即使喚醒事件可以立刻觸發(fā)一個(gè) WKUP 中斷事件，但由于恢復(fù)系統(tǒng)時(shí)鐘需要比較長(zhǎng)的延遲時(shí)間，處理 WKUP 中斷的中斷服務(wù)程序必須非常小心；為了減短系統(tǒng)喚醒的時(shí)間，建議將喚醒代碼直接寫在掛起代碼后面，這樣就可以在系統(tǒng)時(shí)鐘重啟后迅速進(jìn)入喚醒代碼中執(zhí)行。為防止或減少 ESD 等干擾意外地喚醒系統(tǒng)(從掛起模式退出是一個(gè)異步事件)，在掛起過(guò)程中數(shù)據(jù)線被過(guò)濾，濾波寬度大約為 70nS。下面是喚醒操作的過(guò)程：

啟動(dòng)外部振蕩器和設(shè)備的 PLL(此項(xiàng)可選)。

清零 USB_CNTR 寄存器的 FSUSP 位。

USB_FNR 寄存器的 RXDP 和 RXDM 位可以用來(lái)判斷是什么觸發(fā)了喚醒事件，如表 124 所示，它還同時(shí)列出了各種情況軟件應(yīng)該采取的操作。如果需要的話，可以通過(guò)檢測(cè)這兩位變成'10'(代表空閑總線狀態(tài))的時(shí)間來(lái)知道喚醒或復(fù)位事件的結(jié)束。此外，在復(fù)位事件結(jié)束時(shí)，USB_ISTR 寄存器的 RESET 位被置為'1'，如果 RESET 中斷被使能，就會(huì)產(chǎn)生中斷。此中斷應(yīng)該按正常的復(fù)位操作處理。

喚醒事件檢測(cè)

設(shè)備可能不是被與 USB 模塊相關(guān)的事件喚醒的(例如一個(gè)鼠標(biāo)的移動(dòng)可喚醒整個(gè)系統(tǒng))。在這種情況下，先將 USB_CNTR 寄存器的 RESUME 位置為'1'，然后在 1ms－15ms 之間再把它清為 0 可以啟動(dòng)喚醒序列(這個(gè)間隔可以用 ESOF 中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)，該中斷在內(nèi)核正常運(yùn)行時(shí)每 1ms 發(fā)生一次)。RESUME 位被清零后，喚醒過(guò)程將由主機(jī) PC 完成，可以利用 USB_FNR 寄存器的 RXDP 和 RXDM 位來(lái)判斷喚醒是否完成。

注意：只有在 USB 模塊被設(shè)置為掛起狀態(tài)時(shí)(設(shè)置 USB_CNTR 寄存器的 FSUSP 位為'1')，才可以設(shè)置 RESUME 位。

5 例程設(shè)計(jì)

5.1 CompositeEquipmentHID&VCP

該程序是一個(gè)基于W55MH32微控制器的USB復(fù)合設(shè)備固件，結(jié)合了虛擬串口（VCP）和HID功能，并通過(guò)USART輸出調(diào)試信息。以下是程序設(shè)計(jì)的總結(jié)：

1. 系統(tǒng)初始化

時(shí)鐘配置：使用外部高速時(shí)鐘（HSE）作為PLL輸入，倍頻至目標(biāo)頻率（如HSE 8MHz ×27 = 216MHz）。配置AHB、APB1、APB2總線時(shí)鐘分頻，優(yōu)化外設(shè)時(shí)鐘。啟用內(nèi)部低速（LSI）和高速（HSI）時(shí)鐘源，可能供其他外設(shè)使用。

USART初始化：配置USART1（PA9-TX, PA10-RX），波特率115200，用于調(diào)試信息輸出。重定向printf至USART，便于通過(guò)串口打印系統(tǒng)狀態(tài)。

2. USB功能配置

USB設(shè)備初始化：設(shè)置USB時(shí)鐘（Set_USBClock）和中斷（USB_Interrupts_Config）。初始化USB協(xié)議棧（USB_Init），使能DP上拉電阻（DP_PUUP=1）以宣告設(shè)備連接。

復(fù)合設(shè)備處理：主循環(huán)監(jiān)控USB連接狀態(tài)（bDeviceState），狀態(tài)變化時(shí)通過(guò)串口通知用戶。

當(dāng)USB配置成功（CONFIGURED狀態(tài)）時(shí)，檢測(cè)接收緩沖區(qū)（Receive_Buffer_port）是否有數(shù)據(jù)，并通過(guò)CDC接口回傳數(shù)據(jù)（CDC_Send_DATA）。

3.數(shù)據(jù)通信流程

// 主循環(huán)中的數(shù)據(jù)通信處理
while (1)
{
    // 當(dāng)USB設(shè)備處于已配置狀態(tài)（與主機(jī)建立連接）
    if (bDeviceState == CONFIGURED)
    {
        // 檢查接收緩沖區(qū)是否有數(shù)據(jù)且上次發(fā)送已完成
        if (Receive_length_port != 0 && packet_sent == 1)
        {
            // 通過(guò)USB CDC（虛擬串口）發(fā)送數(shù)據(jù)
            CDC_Send_DATA((unsigned char *)Receive_Buffer_port, Receive_length_port);
            
            // 重置接收緩沖區(qū)狀態(tài)
            Receive_length_port = 0;
            
            // 重新使能端點(diǎn)接收數(shù)據(jù)（準(zhǔn)備下一次接收）
            SetEPRxValid(ENDP7);
        }
    }
    
    // 檢測(cè)USB連接狀態(tài)變化
    if (usbstatus != bDeviceState)
    {
        usbstatus = bDeviceState;  // 更新?tīng)顟B(tài)
        
        // 打印連接狀態(tài)變化信息（調(diào)試用）
        if (usbstatus == CONFIGURED)
        {
            printf("USB connection successfuln");
        }
        else
        {
            printf("USB disconnectedn");
        }
    }
}

// USB中斷服務(wù)函數(shù)（示例，通常在其他文件中實(shí)現(xiàn)）
void USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler(void)
{
    USB_Istr();  // USB中斷處理主函數(shù)
}

// 端點(diǎn)數(shù)據(jù)接收回調(diào)函數(shù)（示例）
void EP7_IN_Callback(void)
{
    packet_sent = 1;  // 標(biāo)記發(fā)送完成
}

void EP6_OUT_Callback(void)
{
    // 從端點(diǎn)緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)到應(yīng)用緩沖區(qū)
    Receive_length_port = USB_SIL_Read(EP6, Receive_Buffer_port);
    
    // 標(biāo)記接收到新數(shù)據(jù)
    new_data_received = 1;
}

CDC數(shù)據(jù)傳輸：接收數(shù)據(jù)通過(guò)USB端點(diǎn)中斷填充至緩沖區(qū)，主循環(huán)檢測(cè)到數(shù)據(jù)后發(fā)送。使用SetEPRxValid(ENDP7)重新使能接收端點(diǎn)，準(zhǔn)備下一次數(shù)據(jù)傳輸。

調(diào)試輸出：系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)通過(guò)USART輸出時(shí)鐘配置信息（SYSCLK、HCLK等）。USB連接狀態(tài)變化時(shí)打印提示信息，便于調(diào)試設(shè)備狀態(tài)。

4. 關(guān)鍵代碼設(shè)計(jì)

時(shí)鐘配置函數(shù)（RCC_ClkConfiguration）：通過(guò)HSE和PLL提供高精度系統(tǒng)時(shí)鐘，確保USB和USART穩(wěn)定工作。

USART重定向：SER_PutChar和fputc實(shí)現(xiàn)字符發(fā)送，支持printf格式化輸出。

USB中斷與輪詢結(jié)合：中斷處理底層數(shù)據(jù)傳輸，主循環(huán)輪詢狀態(tài)及處理應(yīng)用層邏輯。

6 下載驗(yàn)證

6.1 CompositeEquipmentHID&VCP

現(xiàn)象描述：

?上電后，USART1立即輸出系統(tǒng)時(shí)鐘信息，包括SYSCLK（如216MHz）HCLK、PCLK1/2等。

?插入U(xiǎn)SB線后，主機(jī)識(shí)別到復(fù)合設(shè)備（VCP + HID），設(shè)備管理器中顯示虛擬串口（如“USB Serial Device (COMx)”）和HID設(shè)備。

?USART打印“USB connection successful”。

?通過(guò)串口工具（如PuTTY）向虛擬串口發(fā)送數(shù)據(jù)，設(shè)備立即回顯相同數(shù)據(jù)。

?USB斷開(kāi)時(shí)，USART打印“USB disconnected”。

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審核編輯 黃宇