常见USB设备类

音频类（Audio），通信设备类（CDC），设备固件升级类（DFU），人机接口类（HID），大容量存储设备类（Mass Storage）

USB的数据由Packet（包）组成Transaction（事务），Transaction组成Transfer（传输），不同传输类型每Frame（帧）占用带宽的特性不同。同步传输每帧占用固定带宽；中断传输每帧都占用带宽，但所占带宽不固定；控制传输和批量传输在需要时才占用帧带宽，批量传输将会占用帧的所有剩余带宽。除同步传输外，一个Transaction由token包，数据包，握手包构成，STM32的每次中断都完成一个Transaction，token包和握手包的收发由硬件完成，数据包由应用程序完成。

四种传输类型

用于描述端点（Endpoint）或通道（Pipe）的特性 

1. 中断传输（Interrupt Transfer） 

2. 控制传输（Control Transfer） 

3. 同步传输（Isochronous Transfer） 

4. 批量传输（Bulk Transfer） 

同步传输与中断传输是周期性的，控制传输和批量传输是突发的

通道类型

数据流：单向 ->批量，中断，同步传输

消息： 双向 -> 控制传输

事务（Transaction）

分类：SETUP, OUT, IN 

Packet格式

SYNC Packet Content EOP 

其中，Packet Content的组成 

PID 地址 帧号 数据 CRC 

注意：不是每种包都包含完整Packet Content

Packet种类及其组成

命令包 token 

PID + ADDR(设备地址，端点地址) + CRC5

帧首包 SOF(Start of frame) 

PID + 帧号 + CRC5

数据包 DATA 

PID + 数据 + CRC16

握手包 Handshake 

PID

PID域的类型

Token 

IN, OUT, SETUP

SOF 

SOF

Data 

DATA0, DATA1, DATA2, DATAM

Handshake 

ACK, NAK, STALL, NYET/ERR(HS)

帧格式

说明： 

- USB规范规定SETUP分组不能以非ACK握手分组应答，如果SETUP分组失败，则会引起下一个SETUP分组。因此，以NAK或STALL分组响应主机的SETUP分组是被禁止的。 

- 控制传输使用双向端点

举例： Control Transfer的SETUP Transaction的组成 

SETUP Packet + DATA0 Packet + ACK Package 

SETUP包只跟以DATA0为PID的数据包，且数据包的方向为Host到Device。 

USB设备状态

插入 -> 供电 -> 复位 -> 地址 -> 配置 挂起 

实现一个USB设备的软件流程（以Mass Storage为例）

1. 系统初始化

（1）初始化系统时钟，配置USB时钟为48MHz； 

（2）清除挂起的中断标志； 

（3）复位USB模块 

（4）配置本应用关心的中断，设备状态为UNCONNECTED 

（5）初始化媒介层（SD卡，Flash）

2. USB复位（RESET中断）

（1）设置分组缓冲区基地址； 

（2）配置端点的类型，发送状态，接收状态，端点地址（EP_TYPE, EP_KIND, EA），发送缓冲区或接收缓冲区地址，接收端点还需要设置接收长度； 

（3）初始化设备地址为0，置位USB_DADDR. EF使能USB模块； 

（4）初始化BOT状态机，CBW.dSignature； 

（5）设备状态为ATTACHED

3. SETUP阶段和数据阶段

SETUP阶段使用标准请求和类特定请求完成设备枚举，由端点0的控制传输完成。 

IN过程 

（1）CTR_TX置位，发生中断，根据USB_ISTR的EP_ID和DIR位识别出端点号和方向； 

（2）清除USB_EPnR. CTR_TX位； 

（3）填写发送缓冲区，设置COUNTn_TX； 

（4）将STAT_TX设置为”11”，使能该端点的TX。 

OUT过程 

注意：SL_SIZE和NUM_BLOCK决定了最大接收字节数 

STAT_RX在接收数据后变为10（NAK） 

（1）CTR_RX置位，发生中断，根据USB_ISTR. EP_ID位和USB_ISTR. DIR位识别出端点号和方向； 

（2）根据USB_EPnR. SETUP位确定事务类型，是OUT还是SETUP，同时清除USB_EPnR. CTR_RX位； 

（3）读出缓冲区描述表指向的COUNTn_RX，获得此次传输的字节数； 

（4）从ADDRn_RX处获得数据； 

（5）使能下次接收，即设置USB_EPnR. STAT_RX位为”11”，使能该端点。

说明： 

- USB_CNTR. USB置位后所有的配置寄存器不会被复位，但设备的地址寄存器和端点寄存器会被USB复位所复位； 

- 使用双缓冲机制时，STAT_TX和STAT_RX不会因为完成一次IN/OUT分组而被置为NAK； 

- 对于同步端点，端点的状态只能是有效或者禁用，因此硬件不会在数据传输结束时改变端点的状态； 

- 端点地址不一定要与端点号一致，由于用4位二进制表示（EA[3:0]），故端点地址取值为0 - 15，端点0作为控制端点，必须使其端点地址为0；

描述符(Descriptor)分类

设备描述符(Device Descriptor)

配置描述符(Configuration Descriptor)

接口描述符(Interface Descriptor)

端点描述符(Endpoint Descriptor)

字符描述符(String Descriptor)

报告描述符(Report Descriptor)

(*pProperty->Init)()

(*pProperty->Init)()完成了全速/低速设备上拉电阻检测，复位，设置应用关心的中断屏蔽位 

CNTR. CTRM，CNTR. RESETM，未完成端点传输类型，缓冲区描述表的配置，设备地址DADDR的配置（仅置0并置位USB_DADDR. EF来使能USB），在函数的最后：bDeviceState = UNCONNECTED 

而USB_Init()的下一条语句是while (bDeviceState != CONFIGURED)，显然接下来应该在中断中完成缓冲区描述表填写（USB_BTABLE），端点传输类型（USB_EPnR），枚举过程的工作。

//USB中断服务函数

USB_Istr()

{

...

#if (IMR_MSK & ISTR_RESET)

  if (wIstr & ISTR_RESET & wInterrupt_Mask)

  {

    _SetISTR((uint16_t)CLR_RESET);

    Device_Property.Reset();

#ifdef RESET_CALLBACK

    RESET_Callback();

#endif

  }

#endif

...

}

Device_Property.Reset()完成以下工作：

Device_Info.Current_Configuration = 0（同前）

pInformation->Current_Feature = MASS_ConfigDescriptor[7]

设置Buffer table的地址（BTABLE_ADDRESS） ，设备地址默认为0

初始化EP 

EP0：控制类型；发送NAK、接收Valid；设置接收buffer地址和长度；设置发送buffer地址

EP1：批量类型；发送NAK、接收Disable；设置发送buffer地址

EP2：批量类型；发送Disable、接收VALID；设置接收buffer地址和长度

bDeviceState = ATTACHED 全局变量，表示设备当前已被插入主机

关于Setup0_Process()中调用DataStageIn()的原因

Setup0_Process() - > 处理标准request / class相关request -> 根据数据阶段：如果是IN -> DataSatgeIn() 

USB Device收到IN Packet且地址正确后，访问ADDRn_TX和COUNTn_TX，将相应缓冲区的内容通过移位寄存器发送出去，并等待Host发送ACK Package。Device收到ACK后toggle DTOG_TX位，硬件设置STAT_TX位为”10”(NAK)，使端点无效，CTR_TX置位。应用程序需要清除中断标志CTR_TX，把下次要发送的内容写进ADDRn_TX指向的hw_buf，更新COUNTn_TX为需要发送的字节数，然后设置STAT_TX为”11”(VALID)，使能数据传输。当STAT_TX为”10”(NAK)时，所有IN请求都会被NAK，Host不断重发IN请求，直到该端点有效。

每次处理CTR_TX中断时，写进hw_buf的内容都是下次要发送的内容，因此，在首次处理IN请求之前需要准备好hw_buf，如果SETUP的数据阶段是IN，就要在Setup0_Process()中调用DataStageIn()填充首次需要准备的内容。

关于端点地址的设置

In0_Process() -> WAIT_STATUS_IN -> 如果是SET_ADDR命令：写寄存器 -> 设置各端点地址 

如果端点地址需要设置成与端点号不一致，需要修改本函数的部分

@

for(i=0; i

_SetEPAddress((uint8_t)i, (uint8_t)i);

}

修改为：

@

_SetEPAddress(0,0);

_SetEPAddress(1,EP_ADDR1);

_SetEPAddress(2,EP_ADDR2);

非零端点的处理

USB请求格式

USB请求由SETUP transaction完成，一条完整的USB请求存放在其中的DATA0 packet中，字节序为小端模式。

偏移量 域 长度 描述

0 bmRequestType 1 请求特征

D7：传输方向

0=主机至设备

1=设备至主机

D6..5：种类

0=标准

1=类

2=厂商

3=保留

D4..0：接受者

0=设备

1=接口

2=端点

3=其他

4..31：保留

1 bRequest 1 命令类型编码值

2 USBwValue 2 根据不同的命令，含义不同

4 USBwIndex 2 根据不同的命令，含义不同，主要用于传送索引或偏移

6 USBwLength 2 数据阶段的字节数，如果没有数据阶段则填0

USB Mass Storage Class

USB Mass Storage使用BOT(Bulk only Transfer)协议和SCSI指令来处理传输。相对于CBI(Control Bulk Interrupt)协议，BOT协议仅需要控制端点，一个Bulk IN端点和一个Bulk OUT端点即可完成命令、数据、状态的传输，BOT状态机如下图所示： 

CBW(Command Block Wrapper)是一个31字节长的包，由Host发起，格式如下： 

dCBWSignature: 0x43425355 

dCBWTag: 用户定义标签，dCSWTag应当原样返回 

dCBWDataTransferLength: 主机期望传输的数据长度。 

bmCBWFlags: 主要定义数据的传输方向，由bit 7定义（0-out, 1-in），其他比特默认为0 

bCBWLUN: 逻辑单元号 

bCBWCBLength: CB的有效长度 

CBWCB: 设备执行的命令块，这里是SCSI命令，一般是16字节

CSW(Command Status Wrapper)是Device收到Host发送的CBW并完成数据传输后向Host发送有关状态信息的包，长度为13字节，格式如下： 

dCSWSignature: 0x53425355 

dCSWTag: 应当与dCBWTag一致 

dCSWDataResidue: 

bCSWStatus: CBW传输的成功或失败状态，为0表示传输成功，非0表示传输失败， 如下表所示 

Class-Specific requests 

BOT协议要求支持两个类相关请求： 

1. Bulk-only mass storage reset 

该请求用于复位Mass Storage设备及与其相关的接口。Device接收到请求后，清除两个Bulk端点的data toggle，初始化CBW signature到默认值，设置BOT状态机到BOT_IDLE状态，以准备接收下一个CBW。 

该请求在Ma