一、USB_OTG简介
: A8 r/ y- }' k7 F- ^6 L        USB_OTG（OTG，ON THE GO）是一款双角色设备(DRD) 控制器，同时支持从机（USB DEVICE）功能和主机（USB HOST）功能。在主机模式下，OTG 支持全速（OTG_FS，12 Mb/s）和低速（OTG_LS，1.5 Mb/s）收发器，而从机模式下则仅支持全速（FS，12 Mb/s）收发器。主机模式下需要的唯一外部设备是提供VBUS的电荷泵。在驱动实现层面，USB OTG是USB Device和USB Host 的基础。在实际使用，USB OTG是USB Device和USB Host 的底层驱动。

" O: `+ x) g8 m! V6 }4 D        stm32芯片的通常USB物理接口管理两个引脚：
1 m; X- T+ I9 R3 r
( Q" V6 N5 c2 @% |            DP/DM：内置上下拉，由控制器来设置不同类型的需求

        OTG实现时，额外配置ID引脚：
" u. Z# S7 d. S6 F5 W. r            ID：检测插入的线是B端还是A端，用于区分A类和B类设备，
. Y. w' w$ q% f! L- y7 c
$ h8 y# m7 m- @) w        USB Host 模式下，需加配置Vbus引脚：
            Vbus：内置检测器，用于测试UBUS的有效性

& Y2 v8 t% p5 E" L2 x) }& T        额外地需要支持SOF和NOF时，需要加配置SOF和NOF引脚。
3 L9 F/ S! A: ^) p* t
9 n! c. ^0 l- u& E4 d( y        例如本文采用的STM32L496VGT3芯片，其配置支持到的引脚如下：
2 M+ v$ |  ~  @8 g, s
. e7 |2 S7 u; ]( o
, E$ z; n! n1 V! e3 y, c/ |
& y& a" Q  n- a$ UUSB协议栈的层次划分
% c( g* g; o: z" u8 I+ y    一个Host可能有一个或者多个Device
    一个Device可能有一个或者多个Interface
    一个Interface可能有一个或者多个Endpoint
        Host（主机）连的是Device（设备），这一层是走物理连接的，也就是信号线实际连接两台设备。
' A) Z; z- h9 i5 A0 J) ?+ X' C: w6 `        Device（设备）下可能有多个Interfece（接口），从这开始是逻辑概念，一个Interface，就是一个独立的功能接口，每个Interface模拟一个设备功能，比如集成了键盘和鼠标的USB设备，里面就是两个interface，一个是键盘，另一个是鼠标。Interface之间通常是隔离的，互相不干扰。
        每个Interface（接口）下面有一个或者多个Endpoint（端点），这也是逻辑概念，例如控制信号端口、数据信号端口等。端点是USB设备通信的基本单位，所有通信几乎都是从端点发起的。


2 ^$ t# v' L- B2 I二、创建工程及USB_Device配置
9 i0 u$ T/ S2 K/ s        本博文基于STM32L496VGTX3芯片实现
2 M2 T: z) ?6 l3 {
( Z+ \% n5 A8 y$ ], _) Y        基于该工程的(.ioc)文件创建了新工程stm32L496VGTx_USB，并移植了相关源码，实现了lpusart通信以及lcd显示字体。

        现打开工程的(.ioc)配置文件，进入cubeMX配置界面，开启USB_OTG_FS的USB Device功能，参数保持默认配置。
  O9 D2 T6 q  p

) b- v6 x2 N1 e; h, k- X. o, V+ X
4 Z1 ^& s4 T' ~% _        确保USB_OTG_FS的中断功能已经开启。
) Q4 u% P; G% U1 Z- Z  r
" q) |/ e% r% ^; E( U

         开启USB_OTG_FS的USB Device选项后，Middleware栏目可以去配置USB_Device信息，本文MCU作为USB_Device与笔记本电脑USB_HOST相连接，实现串口通信收发数据，因此选择通信类型虚拟串口功能，如下图所示，参数保持默认。
7 M; b% p+ D, P9 T! a8 p0 F% {. f

5 Q) \  n4 f) ]* i. Z: I* \
. z4 a4 b, ?: Y' \# A+ e+ P         设备描述符按默认设置：


0 X, _& _/ ?$ D; S! n
         由于USB驱动引入了中间件代码，并比较复杂，需要更多缓存支持，现进入工程配置页面，调整min heap size和min stack size为合适的值，防止因数值较少而出现无法编译、编译异常、运行错误等情况出现。
7 d: ^4 m- _" d8 \, G


         点击保存输出生成代码，关于USB_Device驱动相关代码如下，其中usb_cdc_if.h/c源码是用户可修改源文件：
5 V! [1 o, l/ g  m4 B3 p
" ~2 S) V  {- G) b* O# G. L; b
, y2 Y. V; a% Z3 `8 D# a  I, f6 A
" {( I' u  r- U 三、USB_Device驱动实现设计
        【1】在usb_cdc_if.h中，添加USB相关全局变量（接收缓存数组、最大长度、接收标记及长度）

1. /* USER CODE BEGIN INCLUDE */
   , L, t5 o& k- |, _. g
2. #define USB_REC_LEN   256//定义USB串口最大接收字节数
   - p$ j' ~# k( ]. r/ B* t
3. extern uint8_t USB_RX_BUF[USB_REC_LEN];//接收缓冲,最大USB_REC_LEN个字节.末字节为换行符
   " {5 e* ?: L& g% V0 C/ x
4. extern uint16_t USB_RX_STA;//接收状态标记（接收到的有效字节数量）
   : Y+ I$ {, Y- v
5. /* USER CODE END INCLUDE */

复制代码

$ L+ c- d  r! E8 g        【2】在usb_cdc_if.h中，添加USB打印输出函数USB_printf声明

1. /* USER CODE BEGIN EXPORTED_VARIABLES */
   % H6 K/ s! L- K! \2 v
2. void USB_printf(const char *format,  ...);//USB模拟串口的打印函数
   . A* P4 g' L6 K. f4 Q6 S' g* g0 X
3. /* USER CODE END EXPORTED_VARIABLES */

复制代码

        【3】在usb_cdc_if.c中，调整USB接收函数

1. static int8_t CDC_Receive_FS(uint8_t* Buf, uint32_t *Len)
   + g9 ^0 K* C# g; X
2. {
   
3.   /* USER CODE BEGIN 6 */
   * @3 s0 ]% _- ~5 t5 D' E5 k
4.   //新增代码开始处
   4 c0 c! ~: G: d
5.         if(*Len<USB_REC_LEN)//判断收到数据量是否小于寄存器上限
   
6.     {
   5 [; Z1 L4 e6 c6 b' |
7.        uint16_t i;
   
8.        USB_RX_STA = *Len;//将数据量值放入标志位
   
9.        for(i=0;i<*Len;i++)//循环（循环次数=数据数量）
   
10.            USB_RX_BUF[i] = Buf[i];//将数据内容放入数据寄存器
    
11.     }
    
12.   //新增代码结束处
    7 R- {# |1 V, E- a" P) }; P, T
13.   USBD_CDC_SetRxBuffer(&hUsbDeviceFS, &Buf[0]);
    # L+ j; G' b0 ]. |
14.   USBD_CDC_ReceivePacket(&hUsbDeviceFS);
    ) B* p$ [; G. K9 f& `
15.   return (USBD_OK);
    
16.   /* USER CODE END 6 */
    
17. }

复制代码

) G( ]+ E0 b# g* M; W: ?& }        【4】在usb_cdc_if.c中，调整USB发送函数
4 R- K5 @4 q; M) ?

1. uint8_t CDC_Transmit_FS(uint8_t* Buf, uint16_t Len)
   
2. {
   
3.   uint8_t result = USBD_OK;
   - L) v3 q5 P5 \2 j+ {
4.   /* USER CODE BEGIN 7 */
   * _) ^9 d2 f! [0 @
5.   //注释旧代码
     w6 L0 t8 f; M# X1 V3 Y$ M/ |
6. //  USBD_CDC_HandleTypeDef *hcdc = (USBD_CDC_HandleTypeDef*)hUsbDeviceFS.pClassData;
   
7. //  if (hcdc->TxState != 0){
   
8. //    return USBD_BUSY;
   $ P  G4 K" g2 D
9. //  }
   
10. //  USBD_CDC_SetTxBuffer(&hUsbDeviceFS, Buf, Len);
    
11. //  result = USBD_CDC_TransmitPacket(&hUsbDeviceFS);
    
12.   //新增新代码
    
13.   uint32_t TimeStart = HAL_GetTick();
    ! n) m) Q) h. ~) y3 }; J" |: \8 O9 \
14.   USBD_CDC_HandleTypeDef *hcdc =  (USBD_CDC_HandleTypeDef*)hUsbDeviceFS.pClassData;
    
15.   while(hcdc->TxState)
    
16.   {
    1 X2 |1 N: X# s' k% x" O1 H0 v6 Z
17.      if(HAL_GetTick()-TimeStart > 10)
    9 F3 T' Q1 l9 f, J
18.              return USBD_BUSY;
    4 j! z3 p6 A7 o
19.      else
    1 S, _; i- k1 k" [
20.              break;
    ) b( Y6 z5 w' i5 d" _" R- l
21.   }
    
22.   USBD_CDC_SetTxBuffer(&hUsbDeviceFS, Buf,  Len);
    7 ?2 z. C& \7 [
23.   result =  USBD_CDC_TransmitPacket(&hUsbDeviceFS);
    
24.   TimeStart = HAL_GetTick();
    0 T$ Z8 q0 l' @7 z* u6 _+ D
25.   while(hcdc->TxState)
    
26.   {
    
27.      if(HAL_GetTick()-TimeStart > 10)
    
28.        return USBD_BUSY;
    
29.   }
    : `5 w! i3 v) p3 i( e" P
30.   /* USER CODE END 7 */
    
31.   return result;
    8 p9 w8 w& F- [6 e# C" o4 D# g
32. }

复制代码

    【5】在usb_cdc_if.c中，实现USB打印输出函数USB_printf定义

1. /* USER CODE BEGIN PRIVATE_FUNCTIONS_IMPLEMENTATION */
   $ I" d- m8 S) M1 Q3 v
2. #include <stdarg.h>
   
3. void USB_printf(const char *format, ...)//USB模拟串口的打印函数
   ; D9 Q! ~! ]' e: d' O5 H  X
4. {
   , b# `1 s* m8 ?
5.     va_list args;
   
6.     uint32_t length;
   # A0 G, P6 [' [& D1 K7 ]) a- w
7.     va_start(args, format);
   + T- c1 b4 y2 P: V  r7 I
8.     length = vsnprintf((char  *)UserTxBufferFS, APP_TX_DATA_SIZE, (char  *)format, args);
   % q' q. I" T! W! h
9.     va_end(args);
     `: ?% p! q7 v* Z# @) v
10.     CDC_Transmit_FS(UserTxBufferFS, length);
    
11. }
    
12. /* USER CODE END PRIVATE_FUNCTIONS_IMPLEMENTATION */

复制代码

, N1 E3 T& L+ A; t        【6】在main.c文件中，添加USB驱动头文件支持
" \" J. C) S4 a3 u0 K$ g* J

1. /* USER CODE BEGIN Includes */
   
2. #include "../../ICore/led/led.h"
   9 A7 g+ O. e8 s. n) M$ f& Z' i
3. #include "../../ICore/oled/oled.h"
   
4. #include "../../USB_DEVICE/App/usbd_cdc_if.h"
   ( C' R& l% M4 [+ D# N
5. /* USER CODE END Includes */

复制代码

2 n8 h" F3 m) ^$ P/ K  u, F        【7】在main主函数初始化处
# O! [' K$ Y/ A! K) @9 Q$ K

1.   /* USER CODE BEGIN 2 */
   5 F" S  W$ J+ p4 B! w/ |
2.   OLED_init();
   + K/ q% N6 [6 p$ z8 j: |! x! l0 O! a- r
3.   //设置OLED蓝色背景显示
   5 i, T+ L5 W1 L" b
4.   BSP_LCD_Clear_DMA(LCD_DISP_BLUE);
   . t# u  z8 x8 ?8 h" v' s
5.   printf("OLED_Clear_DMA\r\n");
   $ f, [" d0 F; b5 }' z
6.   /* USER CODE END 2 */

复制代码

【8】在main主函数循环体内实现
) G4 \$ `7 c, H) x& o0 z$ O

1.   /* USER CODE BEGIN WHILE */
   0 z: O" h' i( O" |
2.   while (1)
   
3.   {
   
4.           //USB模拟串口的查寻接收处理（其编程原理与USART1串口收发相同）
   
5.           if(USB_RX_STA!=0)//判断是否有数据
   9 s& J; W! t# `# _) Y
6.           {
   
7.                   OLED_printf(10,42,"%.*s",USB_RX_STA, USB_RX_BUF);
   
8.                   Toggle_led1();
   ) P& e( r) x* R* e4 d
9.                   USB_RX_STA=0;//数据标志位清0
   
10.                   memset(USB_RX_BUF,0,sizeof(USB_RX_BUF));//USB串口数据寄存器清0
    + H7 V! n0 [( f# y2 h( @
11.                   HAL_Delay(10);//等待
    
12.           }
    , ?' s) A  q* a1 k( V3 S( ]
13.     /* USER CODE END WHILE */

复制代码

四、编译及下载
/ I. S1 T/ b2 ]1 b( H        编译下载，该开发板原理框图，需要将跳线帽重新插拔设置，相当于原理的USB-ST-LINK连接到USB_MCU上，即原理lpusart通信及ST-LINK下载的USB接口改为连接到USB_MCU的DM/DP引脚上实现通信。
  h- Y1 K5 A4 i( z' @
: V4 x6 E+ E9 E- k  n8 ]6 Z8 F
' A' O/ Y( [( Q) m8 e8 N# a2 c2 [
         更改调线帽后，打开串口工具，发送数据，顺利在点（10,42）位置绘制输入文字，LED1等会切换状态。


2 k9 U6 @* Q* y: a1 G: Z
3 @2 g. P# t, R' G1 x3 L5 b————————————————
版权声明：py_free-物联智能
8 z& l- p- t6 r8 h0 ?如有侵权请联系删除
. h/ u7 M6 J2 n$ ^& Q; Z
9 W# w7 u; T4 p7 {
; m0 C1 w9 U7 r8 F) J