2020年10月30日 | STM32 USB数据接收与数据发送程序流程分析

既然学习了USB，那就必须的搞懂USB设备与USB主机数据是怎么通讯的。这里主要讲设备端，因为我们的代码是做USB设备用的。

我们需要必须要定义了USB中断。起始在STM32的中断向量表中给USB两个中断，我们可以在stm32f10x.h中找到这两个中断：

  USB_HP_CAN1_TX_IRQn         = 19,   /*!< USB Device High Priority or CAN1 TX Interrupts  */

  USB_LP_CAN1_RX0_IRQn        = 20,   /*!< USB Device Low Priority or CAN1 RX0 Interrupts  */

这两个中断是USB与CAN复用的中断，在做USB用时，表示USB设备的高优先级与低优先级中断。在我的工程中，我选择用低优先级的USB中断。代码如下：

void USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler(void)

{

  USB_Istr();

}

中断服务程序很简单，就是在发生中断的时候调用USB_istr()函数。USB_istr()这个函数我们之前说过的，在usb_istr.c中定义的。这个函数处理ISTR中断状态寄存器中定义的中断，包括：CTR正确传输中断、RESET复位中断，DOVR分组缓冲溢出中断、ERR错误中断、WAKEUP中断、SUSP挂起中断、SOF帧首中断、ESOF期望帧首中断。这里重点是CTR中断，在USB在正确发送或正确接收数据后，USB模块自动回将ISTR寄存器的该位置1，触发中断CTR中断。在USB_istr()中CTR的处理代码如下：

#if (IMR_MSK & ISTR_CTR) //正确传输中断CTR标志

  if (wIstr & ISTR_CTR & wInterrupt_Mask)//读出的中断标志是CRT中断标志，且CRT中断使能了

  {

    CTR_LP(); //调用正确传输中断服务程序

#ifdef CTR_CALLBACK

    CTR_Callback(); //当定义了CTR_CALLBACK，则调用CTR_Callback,像钩子函数一样，在发生CRT中断时做点什么

#endif

  }

首先要解释下  #if (IMR_MSK & ISTR_CTR) 这句话。

#define IMR_MSK (CNTR_CTRM | CNTR_WKUPM | CNTR_SUSPM | CNTR_ERRM | CNTR_SOFM | CNTR_ESOFM | CNTR_RESETM )

这是IMR_MSK的定义，表示包含所有中断的掩码， IMR_MSK & ISTR_CTR表示：如果 ISTR_CTR是规定的中断类别，则编译#if与#endif之间的代码。很明显这里符合。然后 ，判断下从CNTR寄存器中读出来的中断值是CRT中断，且该中断已经在CNTR中使能了。接着调用CTR_LP()函数处理，如果定义了CTR_CALLBACK，则调用CTR_Callback()函数，该函数是个钩子函数，让用户在正确接收到数据后能够做些什么，比如说亮下灯或通过串口打印些消息。

这里需要着分析下CTR_LP()这个函数在usb_int.c中定义。代码如下：

/*******************************************************************************

* Function Name  : CTR_LP.

* Description    : 低优先级的端点正确传输中断服务程序

* Input          : None.

* Output         : None.

* Return         : None.

*******************************************************************************/

void CTR_LP(void)

{

  __IO uint16_t wEPVal = 0;

  while (((wIstr = _GetISTR()) & ISTR_CTR) != 0) //读取中断状态寄存器的值，看是否是CRT(正确传输中断)

  {

    EPindex = (uint8_t)(wIstr & ISTR_EP_ID); //获取产生中断的端点号，

    if (EPindex == 0) //如果端点0

    {

    SaveRState = _GetENDPOINT(ENDP0); //读取端点0的状态寄存器

    SaveTState = SaveRState & EPTX_STAT; //保存端点0发送状态

    SaveRState &=  EPRX_STAT; //保存端点0接收状态

    _SetEPRxTxStatus(ENDP0,EP_RX_NAK,EP_TX_NAK);//设置端点0对主机以NAK方式响应所有的接收和发送请求

      if ((wIstr & ISTR_DIR) == 0) //如果是IN令牌

      {

        _ClearEP_CTR_TX(ENDP0); //清除端点0正确发送标志位

        In0_Process(); //处理IN令牌包

           /* before terminate set Tx & Rx status */

            _SetEPRxTxStatus(ENDP0,SaveRState,SaveTState);//在传输之前设置端点0接收发送状态位

  return;

      }

      else //OUT令牌

      {

        wEPVal = _GetENDPOINT(ENDP0); //获取端点0的端点寄存器的值

        if ((wEPVal &EP_SETUP) != 0) //SETUP分组传输完成标志位

        {

          _ClearEP_CTR_RX(ENDP0); //清除端点0的接收标志位

          Setup0_Process(); //端点0建立阶段的数据处理

      _SetEPRxTxStatus(ENDP0,SaveRState,SaveTState);//设置端点0阶接收发送标志位

          return;

        }

        else if ((wEPVal & EP_CTR_RX) != 0) //正确接收标志位

        {

          _ClearEP_CTR_RX(ENDP0); //清除端点0正确标志位

          Out0_Process(); //处理OUT令牌包

     _SetEPRxTxStatus(ENDP0,SaveRState,SaveTState);//设置端点0的接收发送状态

          return;

        }

      }

    }/* if(EPindex == 0) */

    else //如果非0端点

    {

      wEPVal = _GetENDPOINT(EPindex); //获取该端点的端点寄存器的值

      if ((wEPVal & EP_CTR_RX) != 0) //正确接收标志

      {

        _ClearEP_CTR_RX(EPindex); //清除端点正确接收标志

        (*pEpInt_OUT[EPindex-1])(); //调用注册过的端点OUT处理函数

      } /* if((wEPVal & EP_CTR_RX) */

      if ((wEPVal & EP_CTR_TX) != 0) //正确发送标志

      {

        _ClearEP_CTR_TX(EPindex); //清除正确发送标志

        (*pEpInt_IN[EPindex-1])(); //调用注册过的端点IN处理函数

      } /* if((wEPVal & EP_CTR_TX) != 0) */

    }/* if(EPindex == 0) else */

  }/* while(...) */

}

这个函数首先会判断是否真的CTR中断，如果是，执行while()中的代码，用EPindex来保存产生中断的端点号。EPindex为0表示是端点0产生的中断，说明此时USB还处于枚举阶段。EPindex不为0，表示枚举已经成功了，USB处于正常工作状态。

在枚举阶段，SaveRState保存端点0寄存器的值，接着SaveTState = SaveRState & EPTX_STAT;和SaveRState &=  EPRX_STAT;这两句， SaveTState保存当前发送端点0的状态，   SaveRState  保存当前接收端点的状态。接着设置接收端点0为NAk状态，发送端点0也设置成NAK状态，也就是说当主机发送任何数据，从机只以NAK回应，从机也只能发送NAK数据，即不允许在数据处理阶段进行数据通讯。然后判断是输入还是输出。如果是输入(注意这里的输入是相对于主机来说的)则清除端点寄存器的EP_CTR_TX标志位，并且调用IN令牌包处理函数In0_Process()(在usb_core.c中定义)。如果是输出( 注意这里的输出是相对于主机来说的)，则还要判断接收到是SETUP包还是OUT令牌包，如果是SETUP包，清除端点0寄存器的EP_SETUP位，并且调动SETUP处理函数Setup0_Process()，同时还要回复原来的接发端点的状态，准备处理下一次的中断处理。如果是OUT令牌包，清除端点0寄存器的EP_CRT_RX位，调用OUT处理函数Out0_Process()，同时还要回复原来接法端口的状态，准备处理下一次的中断处理。

在工作阶段或者说是非枚举阶段，首先要判断下是EP_CTR_RX还EP_CTR_TX标志，如果是 EP_CTR_RX正确接收标志，则清除该标志，调用对应端点的OUT处理函数(*pEpInt_OUT[EPindex-1])()（在usb_istr中有注册过），如果是 EP_CTR_TX标志，则清除该标志，调用对应端点的IN处理函数(*pEpInt_IN[EPindex-1])() （在usb_istr中有注册过）。

在usb_istr.c中非别注册了7个端点输入函数和端点输出函数。如下：

/*定义指向指针的函数指针数组，函数指针分别指向7个端点输入服务程序*/

void (*pEpInt_IN[7])(void) =

  {

    EP1_IN_Callback,

    EP2_IN_Callback,

    EP3_IN_Callback,

    EP4_IN_Callback,

    EP5_IN_Callback,

    EP6_IN_Callback,

    EP7_IN_Callback,

  };

/*定义指向指针的函数指针数组，函数指针分别指向7个端点输出服务程序*/

void (*pEpInt_OUT[7])(void) =

  {

    EP1_OUT_Callback,

    EP2_OUT_Callback,

    EP3_OUT_Callback,

    EP4_OUT_Callback,

    EP5_OUT_Callback,

    EP6_OUT_Callback,

    EP7_OUT_Callback,

  };

而这些函数的定义在usb_endp.c中，我们拿EP1_OUT_Callback()函数分析。

/*******************************************************************************

* Function Name  : EP1_OUT_Callback.

* Description    : 端点1输出回调函数

* Input          : None.

* Output         : None.

* Return         : None.

*******************************************************************************/

void EP1_OUT_Callback(void)

{

PMAToUserBufferCopy(USB_Receive_Buffer, ENDP1_RXADDR, REPORT_COUNT); //PMA缓冲区接收到的数据拷贝到用户自定义缓冲区USB_Receive_Buffer中

  SetEPRxStatus(ENDP1, EP_RX_VALID); //设置端点的接收状态为有效，因为端点接收到数据后会端点状态自动设置成停止状态

  USB_Received_Flag=1; //设置接收到数据标志位

}

这个函数的工作很简单，首先因为数输出端点，是接收数据的，而USB模块接收到的数据又是暂存在PAM双缓冲区中，所以要线把数据从PMA中读取出来，放到用户自己缓冲区中。接着设置端点接收状态有效，因为当接收数据后，端点就会被关闭。最后置位接收带数据标志。

以上就是USB设备的接收的流程。接下去讲讲发送流程。发送比接收简单多了看看下面的代码就知道了。

/**

  * @brief  通过USB发送数据

  * @param  data 数据存储首地址

  * @param  dataNum 发送的数据字节数

  * @retval 发送的字节数

  */

uint32_t USB_SendData(uint8_t *data,uint32_t dataNum)  

{

//将数据通过USB发送出去

UserToPMABufferCopy(data, ENDP2_TXADDR, dataNum);//拷贝数据到PMA中

SetEPTxCount(ENDP2, REPORT_COUNT); //从端点2发送64字节数据

SetEPTxValid(ENDP2);    //使能端点2的发送状态

return dataNum;  

}

把要发送的数据拷贝到PMA中，之后设置端点计数，使能下端点，数据就发送出去了。

总结下：

数据发送： UserToPMABufferCopy---> SetEPTxCount---> SetEPTxValid

数据接收：USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler--->USB_Istr---->CTR_LP--->EPx_OUT_Callback