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HAL库 USB_CDC数据流收发函数分析_usbd_cdc_receivepacket

作者：很楠不爱3 | 2024-03-15 22:18:42

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usbd_cdc_receivepacket

在使用ARM的HAL库实现USB接口通信，常常因为有多个库文件和函数的多层调用而觉得使用起来很复杂，而事实上通过合理的配置后，HAL库函数的使用非常简单，本文对利用STM32CubeMX生成的USB_CDC工程的库函数进行分析，从而通过简单的修改实现USB接口的通信。

自顶而下：

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设备接收数据流图：

设备发送数据流图：

 

-----------------------------------------------------------------------------

文件usbd_cdc_if.c，函数如下：

函数描述：USB输出端点接收的数据通过此函数发送给CDC接口。

注意事项：此函数将阻止USB端点上的所有OUT数据包接收，直到退出此函数。 如果在CDC接口上的传输完成之前（即使用DMA控制器）退出此函数，将导致接收更多数据，而先前的数据仍未发送。

参数说明：参数Buf: 待接收数据的缓冲区；

参数Len:   接收的数据数（以字节为单位）

返回：   USBD_OK（如果所有操作均正常），否则返回USBD_FAIL

-----------------------------------------------------------------------------

  1. static int8_t CDC_Receive_HS(uint8_t* Buf, uint32_t *Len)
  2. { 
  3.   USBD_CDC_SetRxBuffer(&hUsbDeviceHS, &Buf[0]);//设置接收buf
  4.   USBD_CDC_ReceivePacket(&hUsbDeviceHS);//接收数据包
  5.   return (USBD_OK);
  6. }

-----------------------------------------------------------------------------------

文件usbd_cdc.c，函数如下： 

函数描述：准备接收输出端点数据。

参数说明：参数pdev: USB设备结构体句柄；

返回：    USBD_OK（如果所有操作均正常），否则返回USBD_FAIL

-----------------------------------------------------------------------------

  1. uint8_t USBD_CDC_ReceivePacket(USBD_HandleTypeDef *pdev)
  2. {
  3.     (void)USBD_LL_PrepareReceive(pdev, CDC_OUT_EP, hcdc->RxBuffer,
  4.                                  CDC_DATA_HS_OUT_PACKET_SIZE); 
  5.   return (uint8_t)USBD_OK;
  6. }

------------------------------------------------------------------------------------

文件usbd_conf.c，函数如下：

函数描述：准备一个端点接收数据。

参数说明：参数pdev:    USB设备结构体句柄；

                  参数ep_addr: 端点号；

                  参数pbuf:       指向要接收的数据的指针；

                  参数size:       数据大小；

                  返回：        USBD_OK（如果所有操作均正常），否则返回USBD_FAIL

------------------------------------------------------------------------------------

  1. USBD_StatusTypeDef USBD_LL_PrepareReceive(USBD_HandleTypeDef *pdev, uint8_t ep_addr, uint8_t *pbuf, uint32_t size)
  2. {
  3.   hal_status = HAL_PCD_EP_Receive(pdev->pData, ep_addr, pbuf, size);
  4.   return usb_status; 
  5. }

------------------------------------------------------------------------------------

文件stm32f4xx_hal_pcd.c，函数如下：

函数描述：接收大量数据。

参数说明：参数pdev:        PCD结构体句柄；

                  参数ep_addr:   端点号；

                 参数pbuf:          指向要接收的数据的指针；

                 参数len:             接收数据长度；

                 返回：              HAL_OK（如果所有操作均正常），否则返回HAL_FAIL     

-----------------------------------------------------------------------------------

  1. HAL_StatusTypeDef HAL_PCD_EP_Receive(PCD_HandleTypeDef *hpcd, uint8_t ep_addr, uint8_t *pBuf, uint32_t len)
  2. {
  3.   /*设置和启动 Xfer */
  4.   ep->xfer_buff = pBuf;
  5.   ep->xfer_len = len;
  6.   ep->xfer_count = 0U;
  7.   ep->is_in = 0U;
  8.   ep->num = ep_addr & EP_ADDR_MSK;
  9.   if (hpcd->Init.dma_enable == 1U)//当DMA使能时，给DMA接收BUF的首地址。
  10.   {
  11.     ep->dma_addr = (uint32_t)pBuf;
  12.   }
  13.   if ((ep_addr & EP_ADDR_MSK) == 0U)//端点是EP0时，用USB_EP0StartXfer传输数据
  14.   {
  15.     (void)USB_EP0StartXfer(hpcd->Instance, ep, (uint8_t)hpcd->Init.dma_enable);
  16.   }
  17.   Else //端点不是EP0时，用USB_EPStartXfer传输数据
  18.   {
  19.     (void)USB_EPStartXfer(hpcd->Instance, ep, (uint8_t)hpcd->Init.dma_enable);
  20.   }
  21.   return HAL_OK;
  22. }

------------------------------------------------------------------------------------

文件stm32f4xx_ll_usb.c(底层函数，重点分析)

函数描述：建立和启动一次EP的数据传输，该函数是USB收发中最底层的寄存器操作函数，数据的组包和解包均在此函数中进行。

  参数说明：  参数USBx: USB_OTG核心寄存器定义结构体句柄；

  参数ep:      USB_OTG端点寄存器定义结构体句柄；

  参数dma:  DMA使能，1有效，0关闭；

  返回：    HAL_OK（如果所有操作均正常），否则返回HAL_FAIL

-------------------------------------------------------------------------------------

  1. HAL_StatusTypeDef USB_EPStartXfer(USB_OTG_GlobalTypeDef *USBx, USB_OTG_EPTypeDef *ep, uint8_t dma)
  2. {  //定义变量
  3.   uint32_t USBx_BASE = (uint32_t)USBx;
  4.   uint32_t epnum = (uint32_t)ep->num;
  5.   uint16_t pktcnt;
  6. /* ***************************数据发送************************** */
  7.   /* 数据发送：输入端点 */
  8.   if (ep->is_in == 1U)    //判断端点方向：1-输入；0输出
  9.   {
  10.     /* ********************配置传输大小和包数****************** */
  11.     if (ep->xfer_len == 0U)    //当传输长度为0
  12.     {    //对DIEPTSIZ—IN端点的Txfer大小进行赋值，具体看协议。
  13.       USBx_INEP(epnum)->DIEPTSIZ &= ~(USB_OTG_DIEPTSIZ_PKTCNT);
  14.       USBx_INEP(epnum)->DIEPTSIZ |= (USB_OTG_DIEPTSIZ_PKTCNT & (1U << 19));
  15.       USBx_INEP(epnum)->DIEPTSIZ &= ~(USB_OTG_DIEPTSIZ_XFRSIZ);
  16.     }
  17.     else     //当传输长度不为0
  18.     {     //对DIEPTSIZ—IN端点的Txfer大小进行赋值，具体看协议。
  19.       /* 配置传输大小和包数，例如：
  20. 	*xfersize = N * maxpacket+ short_packet pktcnt = N + (short_packet exist ? 1 : 0)
  21.       */
  22.       USBx_INEP(epnum)->DIEPTSIZ &= ~(USB_OTG_DIEPTSIZ_XFRSIZ);
  23.       USBx_INEP(epnum)->DIEPTSIZ &= ~(USB_OTG_DIEPTSIZ_PKTCNT);
  24.       USBx_INEP(epnum)->DIEPTSIZ |= (USB_OTG_DIEPTSIZ_PKTCNT & (((ep->xfer_len + ep->maxpacket - 1U) / ep->maxpacket) << 19));
  25.       USBx_INEP(epnum)->DIEPTSIZ |= (USB_OTG_DIEPTSIZ_XFRSIZ & ep->xfer_len);
  26.  
  27.       if (ep->type == EP_TYPE_ISOC) //判断端点的类型为同步端点
  28.       {  //对DIEPTSIZ—IN端点的Txfer大小进行赋值，具体看协议。
  29.         USBx_INEP(epnum)->DIEPTSIZ &= ~(USB_OTG_DIEPTSIZ_MULCNT);
  30.         USBx_INEP(epnum)->DIEPTSIZ |= (USB_OTG_DIEPTSIZ_MULCNT & (1U << 29));
  31.       }
  32.     }
  33. 	 /* ********************配置DMA****************** */
  34.     if (dma == 1U)  //判断DMA使能
  35.     {
  36.       if ((uint32_t)ep->dma_addr != 0U)
  37.       {    //配置IN端点DMA地址寄存器
  38.         USBx_INEP(epnum)->DIEPDMA = (uint32_t)(ep->dma_addr);
  39.       }
  40.  
  41.       if (ep->type == EP_TYPE_ISOC) //判断端点的类型为同步端点
  42.       {
  43.         if ((USBx_DEVICE->DSTS & (1U << 8)) == 0U)//判断USB设备状态寄存器
  44.         {    //配置设备IN端点控制寄存器—设置为奇数帧
  45.           USBx_INEP(epnum)->DIEPCTL |= USB_OTG_DIEPCTL_SODDFRM;
  46.         }
  47.         else
  48.         {//配置设备IN端点控制寄存器—设置为数据 PID
  49.           USBx_INEP(epnum)->DIEPCTL |= USB_OTG_DIEPCTL_SD0PID_SEVNFRM;
  50.         }
  51.       }
  52.  
  53.       /* EP使能,输入数据FIFO */
  54. 	//配置设备IN端点控制寄存器—设置为清除NAK和端点使能
  55.   USBx_INEP(epnum)->DIEPCTL |= (USB_OTG_DIEPCTL_CNAK | USB_OTG_DIEPCTL_EPENA);
  56.     }
  57.     else  //DMA关闭
  58.     {
  59.       /* EP使能,输入数据FIFO */
  60. 		//配置设备IN端点控制寄存器—设置为清除NAK和端点使能
  61.   USBx_INEP(epnum)->DIEPCTL |= (USB_OTG_DIEPCTL_CNAK | USB_OTG_DIEPCTL_EPENA);
  62.       if (ep->type != EP_TYPE_ISOC) //判断端点的类型不为同步端点
  63.       {
  64.         /*为此EP启用Tx FIFO空中断 */
  65.         if (ep->xfer_len > 0U)//且数据长度大于0
  66.         {    //开USB设备对应的发送数据的端点的中断
  67.           USBx_DEVICE->DIEPEMPMSK |= 1UL << (ep->num & EP_ADDR_MSK);
  68.         }
  69.       }
  70.       else  //判断端点的类型为同步端点
  71.       {  //判断USB设备状态寄存器
  72.         if ((USBx_DEVICE->DSTS & (1U << 8)) == 0U)
  73.         {//配置设备IN端点控制寄存器—设置为奇数帧
  74.           USBx_INEP(epnum)->DIEPCTL |= USB_OTG_DIEPCTL_SODDFRM;
  75.         }
  76.         else
  77.         {//配置设备IN端点控制寄存器—设置为数据 PID
  78.           USBx_INEP(epnum)->DIEPCTL |= USB_OTG_DIEPCTL_SD0PID_SEVNFRM;
  79.         }
  80.       /* ********************写数据****************** */
  81.      (void)USB_WritePacket(USBx, ep->xfer_buff, ep->num, (uint16_t)ep->xfer_len, dma);
  82.       }
  83.     }
  84.   }
  85. /* ***************************数据接收************************** */
  86. 	/* 数据接收：输出端点 */
  87.   else /* OUT 端点*/
  88.   {  /* ********************配置传输大小和包数****************** */
  89.     /* 设置传输大小和包数，如下:
  90.     * pktcnt = N； xfersize = N * maxpacket
  91.     */
  92.     USBx_OUTEP(epnum)->DOEPTSIZ &= ~(USB_OTG_DOEPTSIZ_XFRSIZ);
  93.     USBx_OUTEP(epnum)->DOEPTSIZ &= ~(USB_OTG_DOEPTSIZ_PKTCNT);
  94.  
  95.     if (ep->xfer_len == 0U)
  96.     {
  97.      USBx_OUTEP(epnum)->DOEPTSIZ |= (USB_OTG_DOEPTSIZ_XFRSIZ & ep->maxpacket);
  98.       USBx_OUTEP(epnum)->DOEPTSIZ |= (USB_OTG_DOEPTSIZ_PKTCNT & (1U << 19));
  99.     }
  100.     else
  101.     {
  102.       pktcnt = (uint16_t)((ep->xfer_len + ep->maxpacket - 1U) / ep->maxpacket);
  103.       USBx_OUTEP(epnum)->DOEPTSIZ |= USB_OTG_DOEPTSIZ_PKTCNT & ((uint32_t)pktcnt << 19);
  104.       USBx_OUTEP(epnum)->DOEPTSIZ |= USB_OTG_DOEPTSIZ_XFRSIZ & (ep->maxpacket * pktcnt);
  105.     }
  106.   /* ********************配置DMA****************** */
  107.     if (dma == 1U)
  108.     {
  109.       if ((uint32_t)ep->xfer_buff != 0U)
  110.       {//设置设备OUT端点DMA地址
  111.         USBx_OUTEP(epnum)->DOEPDMA = (uint32_t)(ep->xfer_buff);
  112.       }
  113.     }
  114.  
  115.     if (ep->type == EP_TYPE_ISOC)
  116.     {
  117.       if ((USBx_DEVICE->DSTS & (1U << 8)) == 0U)
  118.       {
  119.         USBx_OUTEP(epnum)->DOEPCTL |= USB_OTG_DOEPCTL_SODDFRM;
  120.       }
  121.       else
  122.       {
  123.         USBx_OUTEP(epnum)->DOEPCTL |= USB_OTG_DOEPCTL_SD0PID_SEVNFRM;
  124.       }
  125.     }
  126.     /* EP 使能*/
  127.     USBx_OUTEP(epnum)->DOEPCTL |= (USB_OTG_DOEPCTL_CNAK | USB_OTG_DOEPCTL_EPENA);
  128.   }
  129.  
  130.   return HAL_OK;
  131. }

-------------------------------------------------------------------------------------

在HAL库USB接口CDC模式的函数中，收发功能函数到底层寄存器的操作中间嵌套了很多层。在实际使用过程中，我们并不需要关心中间的过程，仅需调用usbd_cdc_if.c文件中的相关函数就能实现数据的收发。

  1. static int8_t CDC_Receive_HS(uint8_t* Buf, uint32_t *Len)
  2.  
  3.       uint8_t CDC_Transmit_HS(uint8_t* Buf, uint16_t Len)

例如：对接收函数稍作改变，就能实现将收到的数据通过USB发送回去，同时通过串口将数据打印。

  1. static int8_t CDC_Receive_HS(uint8_t* Buf, uint32_t *Len)
  2. {
  3.   /* USER CODE BEGIN 11 */
  4. 	int i;
  5. 	uint8_t my_RxBuf[100];
  6.         uint32_t my_RxLength;
  7. 	
  8. 	memcpy(my_RxBuf,Buf,*Len);
  9.         my_RxLength=*Len;	
  10. 	CDC_Transmit_HS(my_RxBuf, my_RxLength);	
  11. 	for(i=0;i<my_RxLength;i++)
  12. 	  {printf("%02x ",my_RxBuf[i]);}
  13. 	
  14.         USBD_CDC_SetRxBuffer(&hUsbDeviceHS, &Buf[0]);
  15.         USBD_CDC_ReceivePacket(&hUsbDeviceHS);
  16.         return (USBD_OK);
  17.   /* USER CODE END 11 */
  18. }

结果如下：左为USB发送和接收，右为串口打印。

 

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