LPC1114/LPC11U14和LPC1343對比學習（八）USB

這3種芯片的功能非常多，到此基本上我們已經介紹完成，只有AD、WDT等沒有介紹，鑒于其難度不大這方面的內容就不再說明。下面將進行終極篇的學習----USB學習，由于USB難度非常大，這一貼可能會編寫很長時間，這里將主要學習HID的應用。

LPC1114沒有USB功能，所以這里只能針對LPC1343和LPC11U14進行說明。對于這兩種有USB功能的芯片其還是區別，LPC1343內部集成了USB驅動，而LPC11U14沒有此功能，所以LPC1343USB開發比較簡單一點，價格也要貴一點。為了編寫出通用的USB驅動代碼，這里將先對LPC11U14 USB進行學習，之后在移植到LPC1343。

鑒于USB開發難度，這里將不會從零開始開發USB驅動，我們將對NXP設計的USB驅動進行學習，并改進成一個自定義的HID，應用在自己的項目中。

USB HID(NXP原廠代碼).rar

對于USB的硬件設計非常簡單，具體設計如下圖所示：

1. 除了連接好USB的兩路差分信號線外，還必須連接好電源，對于P0_3是非常重要，不管是否使用USB電源供電，此管腳必須接高電平，否則無法設別USB設備。而且，如果要應用USB ISP功能，此管腳也必須接高電平。

2. P0_6管腳為軟件連接端口，可以通過此管腳連接或斷開USB設備。

3. 全速和高速設備的上拉電阻接在D+端，而低速設備是接在D-端的。

4. USB設備取電：在設備沒有配置之前最多只能從Vbus上獲取100mA電流，電流的大小是由設備配置的，配置后最多可獲取500mA電流。

USB基礎知識：

1. 在USB1.0和USB1.1中只支持1.5M/s的低速模式和12M/s的全速模式，在USB2.0中又加入了480M/b的高速模式，而在USB3.0中速度到達5GB/s。

2. USB集成器只能擴展USB接口，而能擴展帶寬，一個主控制器的帶寬是固定的。

3. 在USB1.1中集成器最多4層，USB2.0中最多6層。

4. 低速和全速模式下采用電壓差分傳輸信號，在高速模式下，采用電流傳輸。

5. USB采用NRZI編碼方式，0數據電平翻轉，1數據電平不翻轉。

USB的描述符應該是USB開發主重要的部分，如果能夠正確的配置好描述符，USB開發就完成了一半了。

描述符：

對于HID設備的描述除了5個USB的標準描述：設備描述符、配置描述符、接口描述符、端點描述符、字符串描述符。

HID設備還有3個特點描述符：HID描述符、報告描述符、實體描述符。

在5個標準描述符中與HID設備有關的部分有：

1. 設備描述符中bDeviceClass、bDeviceSubClass、bDeviceProtocol三個字段的值必須為零。

2. 接口描述符中bInterfaceClass的值必須為0x03，bInterfaceSubClass的值為1時表示Boot Device，即表示HID是一個啟動設備。

面的描述符之間有一定的關系，一個設備只有一個設備描述符，而一個設備描述符可以包含多個配置描述符，而一個配置描述符可以包含多個接口描述符，一個接口使用了幾個端點，就有幾個端點描述符。這間描述符是用一定的字段構成的，分別如下說明：

報表描述符

報表描述符定義了執行設備功能的數據格式和使用方法。

報表描述符和USB的其他描述符是不一樣的，它不是一個簡單的表格，報表描述符是USB所有描述符中最復雜的。報表描述符非常復雜而有彈性，因為它需要處理各種用途的設備。報表的數據必須以簡潔的格式來儲存，這樣才不會浪費設備內的儲存空間以及數據傳輸時的總線時間。

實際上可以這樣理解，報表內容的簡潔，是通過報表描述符全面的、復雜的數據描述實現的。

報表描述符必須先描述數據的大小與內容。報表描述符的內容與大小因設備的不同而不同，在進行報表傳輸之前，主機必須先請求設備的報表描述符，只有得到了報表描述符才可正確解析報表的數據。

報表描述符是報表描述項目（Item）的集合，每一個描述項目都有相對統一的數據結構，項目很多，通過編碼實現。

在HID的8種描述符中，最為重要而且復雜的應該是報表描述符，其定義了數據的存儲格式和實際意義。如果能夠正確的理解報表描述符，那么對數據的處理就能達到應用自如了，所以在設計描述符的時候，一定好多話費時間來理解和編寫這一部分的內容。特別要主要以下幾點：

1. 輸入輸出等項使用的數據必須是整數字節，如果沒有完全使用到，也必須通過說明來補齊。

2.主要報表的三種項的應用及使用范圍。

命令請求：

HID設備類特定的命令有6個：Get_Report、Get_Idle、Get_Protocol、Set_Report、Set_Idle、Set_Protocol。

通過近段時間來對NXP的HID例程的學習，對其有了個大致的了解，USB一個包含以下幾個文件：

1. hid.h文件對HID協議中使用到的各種描述符、字段等進行了全面的描述和定義，在需要更改其他應用時，只需要選擇相應的宏就可以，非常清晰明確。

2.hiduser.c/hiduser.h文件對HID中需要使用到的6中設備命令請求函數進行了編寫描述。

3.usb.h文件對USB標準中需要使用的報告和描述符進行全面的定義。

4.usbcfg.h文件對USB中應用到的電源、端點、接口、緩沖等進行配置說明，完全可以根據自己的需要來配置USB。

5.usbcore.c/usbcore.h文件是USB協議內核文件，是各種USB開發必備文件，完成了USB的核心內容，也是USB開發的難點和重點。

6.usbdesc.c/usbdesc.h文件為USB各種描述符的實現代碼，開發不同的HID設備時，需要在此文件中更改相應描述。

7.usbhw.c/usbhw.h文件實現與USB相關的硬件配置等。

8.usbuser.c/usbuser.h文件實現各種事件和端點的實現代碼，根據自己的應用更改端點代碼實現USB通信。

在HID開發中，報告描述符是最關鍵而且最復雜的描述符，因為它沒有專門的格式，隨意性比較大，但是HID的數據解析完全是依靠此描述符。

下面是NXP例程中的HID的報告描述符：

程序代碼都注釋了，這里不再詳細說明，需要注意中間三段代碼：

1. 第一段中定義了一個Input，數據為1位，一共有3個這樣是數據；

2. 第二段中定義了一個Input，數據為1位，一共有5個這樣是數據，不過需要注意，這里定義的是常量。就是說這里的5個位并沒用實際意義，完全是為了補齊一個字節的。這一點要注意，在報告描述符中，必須使用整數字節。

3. 第三段中定義了一個Output，數據為1位，一共有8個這樣的數據，也就是說，由8個位組成的一字節輸出數。

到此我們不難看出此HID使用的是1字節是輸入和1字節是輸出，只是在1字節輸入數據中，這里只使用了3為。對于其他的描述符這里就不再說明，可以直接對照上面的描述符格式就可以看懂，需要注意HID必須設置的幾個字段就行了。

其他描述符：

在這些描述符中我們可以看出設備的具體功能，以及通信使用的端點，緩存等

通過上述對描述符的了解，基本的HID信息我們已經了解，下面就可以編寫程序，通過把獲取的數據進行驗證了，這里我們是通過按鍵按下給PC發送數據，通過PC發送數據在設備上通過LED顯示的。

到此就可以把代碼下載到開發板上，并通過實驗進行驗證了。下面我們采取兩種方法：

1.使用周工例程中的HID Client上位機軟件，進行驗證。

把開發板下載代碼后插入PC，通過Device選擇我們的“LPC11Uxx USB HID”設備，下面我們可以看出，設備在沒有鍵按下時讀取為0x01，當按下鍵時，讀取為0x00。在Outputs中勾選相應的復選框，我們可以看到開發板上相應的LED就別點亮了。

這種方法只是驗證本實驗是可以的，但是要開發其他USB功能設備就不行了，下面我們介紹一種通用的方法。

2. 使用Bus Hound軟件驗證，這個軟件，剛開始很多人都不會用，這里將詳細點。

打開軟件，在設備項選擇我們的USB設備，如下圖

需要注意的是在發送數據時，需要選擇USB人體學輸入設備，而不是下面的HID-compliant device。如果是雙擊HID-compliant device彈出的窗口中并沒有端點，是不能通信的，應該雙擊USB人體學輸入設備，彈出如下界面：

通過上圖，我們可以看出，端點和我們定義的是一樣的

下面我們就可以選擇端點進行數據通信了，選擇需要端點，填寫發送數據長度，在下面輸入要發送的數據，選擇“Run”，就可以把數據發送出去了。 之后把軟件切換到Capture，可以捕獲輸入輸出數據，如下圖。

通過上面的驗證，我們可以得知，實驗結果和我們想要的是一樣的，以后對于多字節的收發，我們就可以通過Bus Hound軟件進行驗證了。

自定義多字節發送的實現：

下面我們只需要修改幾個部分就能實現了。

1. 修改報告描述符：

2. 修改端點描述符：

3. 修改輸入輸出變量：

4. 修改其他與InReport和OutReport相關的地方。

5. 編寫代碼實現接收后原樣返回。

6. 試驗一下：

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