LPC1114/LPC11U14和LPC1343對比學(xué)習(xí)（八）USB

這3種芯片的功能非常多，到此基本上我們已經(jīng)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(nèi)容就不再說明。下面將進(jìn)行終極篇的學(xué)習(xí)----USB學(xué)習(xí)，由于USB難度非常大，這一貼可能會(huì)編寫很長時(shí)間，這里將主要學(xué)習(xí)HID的應(yīng)用。

LPC1114沒有USB功能，所以這里只能針對LPC1343和LPC11U14進(jìn)行說明。對于這兩種有USB功能的芯片其還是區(qū)別，LPC1343內(nèi)部集成了USB驅(qū)動(dòng)，而LPC11U14沒有此功能，所以LPC1343USB開發(fā)比較簡單一點(diǎn)，價(jià)格也要貴一點(diǎn)。為了編寫出通用的USB驅(qū)動(dòng)代碼，這里將先對LPC11U14 USB進(jìn)行學(xué)習(xí)，之后在移植到LPC1343。

鑒于USB開發(fā)難度，這里將不會(huì)從零開始開發(fā)USB驅(qū)動(dòng)，我們將對NXP設(shè)計(jì)的USB驅(qū)動(dòng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，并改進(jìn)成一個(gè)自定義的HID，應(yīng)用在自己的項(xiàng)目中。

USB HID(NXP原廠代碼).rar

對于USB的硬件設(shè)計(jì)非常簡單，具體設(shè)計(jì)如下圖所示：

LPC1114/LPC11U14和LPC1343對比學(xué)習(xí)-管腳

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(shè)別USB設(shè)備。而且，如果要應(yīng)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(shè)備。

3. 全速和高速設(shè)備的上拉電阻接在D+端，而低速設(shè)備是接在D-端的。

4. USB設(shè)備取電：在設(shè)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(shè)備配置的，配置后最多可獲取500mA電流。

USB基礎(chǔ)知識(shí)：

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(dá)5GB/s。

2. USB集成器只能擴(kuò)展USB接口，而能擴(kuò)展帶寬，一個(gè)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(shù)據(jù)電平翻轉(zhuǎn)，1數(shù)據(jù)電平不翻轉(zhuǎn)。

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

描述符：

對于HID設(shè)備的描述除了5個(gè)USB的標(biāo)準(zhǔn)描述：設(shè)備描述符、配置描述符、接口描述符、端點(diǎn)描述符、字符串描述符。

HID設(shè)備還有3個(gè)特點(diǎn)描述符：HID描述符、報(bào)告描述符、實(shí)體描述符。

在5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)描述符中與HID設(shè)備有關(guān)的部分有：

1. 設(shè)備描述符中bDeviceClass、bDeviceSubClass、bDeviceProtocol三個(gè)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(shí)表示Boot Device，即表示HID是一個(gè)啟動(dòng)設(shè)備。

面的描述符之間有一定的關(guān)系，一個(gè)設(shè)備只有一個(gè)設(shè)備描述符，而一個(gè)設(shè)備描述符可以包含多個(gè)配置描述符，而一個(gè)配置描述符可以包含多個(gè)接口描述符，一個(gè)接口使用了幾個(gè)端點(diǎn)，就有幾個(gè)端點(diǎn)描述符。這間描述符是用一定的字段構(gòu)成的，分別如下說明：

報(bào)表描述符

報(bào)表描述符定義了執(zhí)行設(shè)備功能的數(shù)據(jù)格式和使用方法。

報(bào)表描述符和USB的其他描述符是不一樣的，它不是一個(gè)簡單的表格，報(bào)表描述符是USB所有描述符中最復(fù)雜的。報(bào)表描述符非常復(fù)雜而有彈性，因?yàn)樗枰幚砀鞣N用途的設(shè)備。報(bào)表的數(shù)據(jù)必須以簡潔的格式來儲(chǔ)存，這樣才不會(huì)浪費(fèi)設(shè)備內(nèi)的儲(chǔ)存空間以及數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的總線時(shí)間。

實(shí)際上可以這樣理解，報(bào)表內(nèi)容的簡潔，是通過報(bào)表描述符全面的、復(fù)雜的數(shù)據(jù)描述實(shí)現(xiàn)的。

報(bào)表描述符必須先描述數(shù)據(jù)的大小與內(nèi)容。報(bào)表描述符的內(nèi)容與大小因設(shè)備的不同而不同，在進(jìn)行報(bào)表傳輸之前，主機(jī)必須先請求設(shè)備的報(bào)表描述符，只有得到了報(bào)表描述符才可正確解析報(bào)表的數(shù)據(jù)。

報(bào)表描述符是報(bào)表描述項(xiàng)目（Item）的集合，每一個(gè)描述項(xiàng)目都有相對統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，項(xiàng)目很多，通過編碼實(shí)現(xiàn)。

在HID的8種描述符中，最為重要而且復(fù)雜的應(yīng)該是報(bào)表描述符，其定義了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式和實(shí)際意義。如果能夠正確的理解報(bào)表描述符，那么對數(shù)據(jù)的處理就能達(dá)到應(yīng)用自如了，所以在設(shè)計(jì)描述符的時(shí)候，一定好多話費(fèi)時(shí)間來理解和編寫這一部分的內(nèi)容。特別要主要以下幾點(diǎn)：

1. 輸入輸出等項(xiàng)使用的數(shù)據(jù)必須是整數(shù)字節(jié)，如果沒有完全使用到，也必須通過說明來補(bǔ)齊。

2.主要報(bào)表的三種項(xiàng)的應(yīng)用及使用范圍。

命令請求：

HID設(shè)備類特定的命令有6個(gè)：Get_Report、Get_Idle、Get_Protocol、Set_Report、Set_Idle、Set_Protocol。

通過近段時(shí)間來對NXP的HID例程的學(xué)習(xí)，對其有了個(gè)大致的了解，USB一個(gè)包含以下幾個(gè)文件：

1. hid.h文件對HID協(xié)議中使用到的各種描述符、字段等進(jìn)行了全面的描述和定義，在需要更改其他應(yīng)用時(shí)，只需要選擇相應(yīng)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(shè)備命令請求函數(shù)進(jìn)行了編寫描述。

3.usb.h文件對USB標(biāo)準(zhǔn)中需要使用的報(bào)告和描述符進(jìn)行全面的定義。

4.usbcfg.h文件對USB中應(yīng)用到的電源、端點(diǎn)、接口、緩沖等進(jìn)行配置說明，完全可以根據(jù)自己的需要來配置USB。

5.usbcore.c/usbcore.h文件是USB協(xié)議內(nèi)核文件，是各種USB開發(fā)必備文件，完成了USB的核心內(nèi)容，也是USB開發(fā)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

6.usbdesc.c/usbdesc.h文件為USB各種描述符的實(shí)現(xiàn)代碼，開發(fā)不同的HID設(shè)備時(shí)，需要在此文件中更改相應(yīng)描述。

7.usbhw.c/usbhw.h文件實(shí)現(xiàn)與USB相關(guān)的硬件配置等。

8.usbuser.c/usbuser.h文件實(shí)現(xiàn)各種事件和端點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)代碼，根據(jù)自己的應(yīng)用更改端點(diǎn)代碼實(shí)現(xiàn)USB通信。

在HID開發(fā)中，報(bào)告描述符是最關(guān)鍵而且最復(fù)雜的描述符，因?yàn)樗鼪]有專門的格式，隨意性比較大，但是HID的數(shù)據(jù)解析完全是依靠此描述符。

下面是NXP例程中的HID的報(bào)告描述符：

程序代碼都注釋了，這里不再詳細(xì)說明，需要注意中間三段代碼：

1. 第一段中定義了一個(gè)Input，數(shù)據(jù)為1位，一共有3個(gè)這樣是數(shù)據(jù)；

2. 第二段中定義了一個(gè)Input，數(shù)據(jù)為1位，一共有5個(gè)這樣是數(shù)據(jù)，不過需要注意，這里定義的是常量。就是說這里的5個(gè)位并沒用實(shí)際意義，完全是為了補(bǔ)齊一個(gè)字節(jié)的。這一點(diǎn)要注意，在報(bào)告描述符中，必須使用整數(shù)字節(jié)。

3. 第三段中定義了一個(gè)Output，數(shù)據(jù)為1位，一共有8個(gè)這樣的數(shù)據(jù)，也就是說，由8個(gè)位組成的一字節(jié)輸出數(shù)。

到此我們不難看出此HID使用的是1字節(jié)是輸入和1字節(jié)是輸出，只是在1字節(jié)輸入數(shù)據(jù)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(shè)置的幾個(gè)字段就行了。

其他描述符：

在這些描述符中我們可以看出設(shè)備的具體功能，以及通信使用的端點(diǎn)，緩存等

通過上述對描述符的了解，基本的HID信息我們已經(jīng)了解，下面就可以編寫程序，通過把獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證了，這里我們是通過按鍵按下給PC發(fā)送數(shù)據(jù)，通過PC發(fā)送數(shù)據(jù)在設(shè)備上通過LED顯示的。

到此就可以把代碼下載到開發(fā)板上，并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)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(jī)軟件，進(jìn)行驗(yàn)證。

把開發(fā)板下載代碼后插入PC，通過Device選擇我們的“LPC11Uxx USB HID”設(shè)備，下面我們可以看出，設(shè)備在沒有鍵按下時(shí)讀取為0x01，當(dāng)按下鍵時(shí)，讀取為0x00。在Outputs中勾選相應(yīng)的復(fù)選框，我們可以看到開發(fā)板上相應(yīng)的LED就別點(diǎn)亮了。

這種方法只是驗(yàn)證本實(shí)驗(yàn)是可以的，但是要開發(fā)其他USB功能設(shè)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(yàn)證，這個(gè)軟件，剛開始很多人都不會(huì)用，這里將詳細(xì)點(diǎn)。

打開軟件，在設(shè)備項(xiàng)選擇我們的USB設(shè)備，如下圖

需要注意的是在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，需要選擇USB人體學(xué)輸入設(shè)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(diǎn)，是不能通信的，應(yīng)該雙擊USB人體學(xué)輸入設(shè)備，彈出如下界面：

通過上圖，我們可以看出，端點(diǎn)和我們定義的是一樣的

下面我們就可以選擇端點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信了，選擇需要端點(diǎn)，填寫發(fā)送數(shù)據(jù)長度，在下面輸入要發(fā)送的數(shù)據(jù)，選擇“Run”，就可以把數(shù)據(jù)發(fā)送出去了。之后把軟件切換到Capture，可以捕獲輸入輸出數(shù)據(jù)，如下圖。