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STM32-USB学习系列(五)：USB复合设备的实现(MSC + HID)_stm32usb复合设备

作者：笔触狂放9 | 2024-04-25 00:03:37

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stm32usb复合设备

目录

一、整体步骤

二、USB的整体大致的初始化流程

三、USB复合设备的工程添加

四、USB复合设备文件与配置的修改

1、USB复合配置描述符的修改

2、USB复合设备类的函数实现

3、usbd_conf.c 与 usbd_conf.h的修改

（1）usbd_conf.c 中修改 USBD_LL_Init

（2）usbd_conf.h 中 主要修改的是接口数量

（3）usb_device.c 中的修改

五、注意事项

1、实现USB复合设备中遇到的一些问题

2、USB HID 中 USBD_HID_SendReport的修改

一、整体步骤

  1. 首先先使用STM32CubeMX生成 MSC 与 HID 的模版，然后使用其中一个模版进行工程整理
  2. 然后创建USB Composite的C文件，将MSC 与 HID 的Init、DeInit、DataIn、DataOut.....等函数进行整合，然后再编写MSC+HID的USB复合设备的配置描述符
  3. 修改usbd_conf.c 与 usbd_conf.h 中的内容，创建新端点的FIFO、最大接口数量等等

其中MSC与HID模版生成，请见前面文章：

STM32-USB学习系列(三)：USB-MSC实现以SD卡为载体的U盘

STM32-USB学习系列(四)：USB-HID模拟鼠标功能

二、USB的整体大致的初始化流程

三、USB复合设备的工程添加

建议：直接以MSC为模版，将HID类移放到模版中

四、USB复合设备文件与配置的修改

1、USB复合配置描述符的修改

其中USB的设备描述符不需要修改，使用默认生成的就可以。

配置描述符中需要修改的内容：

  • USB_DESC_TYPE_CONFIGURATION 配置返回的所有数据大小(自己计算新的配置描述符的整体长度
  • bNumInterfaces: 2 interface (配置描述符的接口由0x01该成0x02，因为有两个接口)
  • USBD_MSC_INTERFACE_NUM /* bInterfaceNumber: Number of Interface */                                      USBD_HID_INTERFACE_NUM  对应接口编号的修改
  • MSC与HID端点地址
  1. uint8_t USBD_Composite_CfgFSDesc[USB_COMPOSITE_CONFIG_DESC_SIZ]  __ALIGN_END =
  2. {
  3. 																		/* 配置描述符 */
  4.   0x09,   /* bLength: Configuation Descriptor size */					/* 配置描述符的字节大小 */
  5.   USB_DESC_TYPE_CONFIGURATION,   /* bDescriptorType: Configuration */	/* 配置描述符类型编号 0x02*/
  6.   USB_COMPOSITE_CONFIG_DESC_SIZ,										/* 此配置返回的所有数据大小 (整个配置描述符长度加起来) */
  7.   0x00,
  8.   0x02,   /* bNumInterfaces: 2 interface */			/* 此配置所支持的接口数量: 2个接口(msc + hid) */
  9.   0x01,  /* bConfigurationValue: */					/* Set_Configuration 命令所需要的参数值 */
  10.   0x00,   /* iConfiguration: */						/* 描述该配置的字符串的索引值 */
  11.   0xC0,   /* bmAttributes: */						/* 供电模式选择 (D7:总线供电 D6:自供电   D5:远程唤醒   D4..0:保留(复位为零))*/
  12.   0x64,   /* MaxPower 200 mA */						/* 设备从总线提取的最大电流 ,每个单位为2mA(即: 50 = 100mA),USB2.0最大500mA*/
  13.   /**************************************************** MSC ***************************************************/
  14.   /********************  Mass Storage interface ********************/
  15.   0x09,   /* bLength: Interface Descriptor size */			/* 接口字节数大小 */
  16.   0x04,   /* bDescriptorType: */							/* 接口描述符的类型编号 */
  17.   USBD_MSC_INTERFACE_NUM,   /* bInterfaceNumber: Number of Interface */		/* 接口的编号,第一个接口的编号为0 */
  18.   0x00,   /* bAlternateSetting: Alternate setting */		/* 备用的接口描述符编号 */
  19.   0x02,   /* bNumEndpoints*/								/* 该接口使用的端点数，不包括端点0 */
  20.   0x08,   /* bInterfaceClass: MSC Class */					/* 该接口的类型 */
  21.   0x06,   /* bInterfaceSubClass : SCSI transparent*/		/* 接口子类型 */
  22.   0x50,   /* nInterfaceProtocol */							/* 接口遵循的协议 */
  23.   0x05,          /* iInterface: */							/* 描述该接口的字符串索引值 */
  24.   /********************  Mass Storage Endpoints ********************/
  25.   0x07,   /*Endpoint descriptor length = 7*/				/* 端点描述符大小 */
  26.   0x05,   /*Endpoint descriptor type */						/* 端点描述符的类型编号 */
  27.   MSC_EPIN_ADDR,   /*Endpoint address (IN, address 1) */	/* USB设备的端点地址: 0x81 => 1000 00001(Bit7 表示方向 1/0 => In/Out ，Bit3~0表示端点号)*/
  28.   0x02,   /*Bulk endpoint type */							/* 端点属性:(Bit1-0: 00控制，01同步，02批量，03中断) */
  29.   LOBYTE(MSC_MAX_FS_PACKET),								/* 本端点接受或发送的最大信息包大小 */
  30.   HIBYTE(MSC_MAX_FS_PACKET),
  31.   0x00,   /*Polling interval in milliseconds */				/* 轮训数据传送端点的时间间隔，对于批量和控制的端点忽略，对于同步传送的端点必须为1，对于中断传送的端点，范围为1~255 */
  32.  
  33.   0x07,   /*Endpoint descriptor length = 7 */
  34.   0x05,   /*Endpoint descriptor type */
  35.   MSC_EPOUT_ADDR,   /*Endpoint address (OUT, address 1) */
  36.   0x02,   /*Bulk endpoint type */
  37.   LOBYTE(MSC_MAX_FS_PACKET),
  38.   HIBYTE(MSC_MAX_FS_PACKET),
  39.   0x00,   /*Polling interval in milliseconds*/
  40.   /**************************************************** HID ***************************************************/
  41.   /************** Descriptor of Joystick Mouse interface ****************/
  42.   0x09,         /*bLength: Interface Descriptor size*/
  43.   USB_DESC_TYPE_INTERFACE,/*bDescriptorType: Interface descriptor type*/
  44.   USBD_HID_INTERFACE_NUM,			/*bInterfaceNumber: Number of Interface*/	/* 第二个接口的编号为1 */
  45.   0x00,         /*bAlternateSetting: Alternate setting*/
  46.   0x01,         /*bNumEndpoints*/
  47.   0x03,         /*bInterfaceClass: HID*/
  48.   0x01,         /*bInterfaceSubClass : 1=BOOT, 0=no boot*/
  49.   0x02,         /*nInterfaceProtocol : 0=none, 1=keyboard, 2=mouse*/
  50.   0,            /*iInterface: Index of string descriptor*/
  51.   /******************** Descriptor of Joystick Mouse HID ********************/
  52.   0x09,         /*bLength: HID Descriptor size*/
  53.   HID_DESCRIPTOR_TYPE, /*bDescriptorType: HID*/
  54.   0x11,         /*bcdHID: HID Class Spec release number*/
  55.   0x01,
  56.   0x00,         /*bCountryCode: Hardware target country*/
  57.   0x01,         /*bNumDescriptors: Number of HID class descriptors to follow*/ /* 下级描述符的数目,只有1个HID报告描述符 */
  58.   0x22,         /*bDescriptorType*/											   /* 下级描述符类型，HID报告类型 */
  59.   HID_MOUSE_REPORT_DESC_SIZE,/*wItemLength: Total length of Report descriptor*/
  60.   0x00,
  61.   /******************** Descriptor of Mouse endpoint ********************/
  62.   0x07,          /*bLength: Endpoint Descriptor size*/
  63.   USB_DESC_TYPE_ENDPOINT, /*bDescriptorType:*/
  64.   HID_EPIN_ADDR,     /*bEndpointAddress: Endpoint Address (IN)*/
  65.   0x03,          /*bmAttributes: Interrupt endpoint*/
  66.   HID_EPIN_SIZE, /*wMaxPacketSize: 4 Byte max */
  67.   0x00,
  68.   HID_FS_BINTERVAL,         /*bInterval: Polling Interval */
  69. };

2、USB复合设备类的函数实现

  1. uint8_t  USBD_Composite_Init (USBD_HandleTypeDef *pdev, uint8_t cfgidx)
  2. {
  3. 	uint8_t res = 0;
  4.  
  5. 	res = USBD_HID.Init(pdev, cfgidx);
  6.  
  7. 	pdev->pUserData = &USBD_Storage_Interface_fops_FS;//MSC用户函数
  8. 	res = USBD_MSC.Init(pdev, cfgidx);
  9.  
  10.  
  11. 	return res;
  12. }
  13.  
  14. uint8_t  USBD_Composite_DeInit (USBD_HandleTypeDef *pdev, uint8_t cfgidx)
  15. {
  16. 	uint8_t res = 0;
  17.  
  18. 	res +=  USBD_HID.DeInit(pdev,cfgidx);
  19.  
  20. 	pdev->pUserData = &USBD_Storage_Interface_fops_FS;//MSC用户函数
  21. 	res +=  USBD_MSC.DeInit(pdev,cfgidx);
  22.  
  23. 	return res;
  24. }
  25.  
  26. uint8_t  USBD_Composite_Setup (USBD_HandleTypeDef *pdev, USBD_SetupReqTypedef *req)
  27. {
  28. 	printf("SetUp: req->wIndex: %d\r\n", req->wIndex);
  29. 	 switch(req->wIndex)
  30. 	 {
  31. 		 case USBD_MSC_INTERFACE_NUM:
  32. 			 pdev->pUserData = &USBD_Storage_Interface_fops_FS;
  33. 		 	 return (USBD_MSC.Setup(pdev, req));
  34.  
  35. 		 case USBD_HID_INTERFACE_NUM:
  36. 		 	 return (USBD_HID.Setup(pdev, req));
  37.  
  38. 		 default:
  39. 			 break;
  40. 	 }
  41.  
  42.  
  43. 	  return USBD_OK;
  44. }
  45.  
  46. uint8_t  USBD_Composite_DataIn (USBD_HandleTypeDef *pdev, uint8_t epnum)
  47. {
  48. 	switch(epnum)
  49. 	{
  50. 	case MSC_EP_NUM:
  51. 		pdev->pUserData = &USBD_Storage_Interface_fops_FS;
  52. 		return (USBD_MSC.DataIn(pdev, epnum));
  53.  
  54. 	case HID_EP_NUM:
  55. 		return (USBD_HID.DataIn(pdev, epnum));
  56.  
  57. 	default:
  58. 		break;
  59. 	}
  60.  
  61. 	return USBD_OK;
  62. }
  63.  
  64. uint8_t  USBD_Composite_DataOut (USBD_HandleTypeDef *pdev, uint8_t epnum)
  65. {
  66. 	return (USBD_MSC.DataOut(pdev, epnum));
  67. }
  68.  
  69. uint8_t  *USBD_Composite_GetFSCfgDesc (uint16_t *length)
  70. {
  71. 	*length = sizeof (USBD_Composite_CfgFSDesc);
  72. 	return USBD_Composite_CfgFSDesc;
  73. }
  74.  
  75. uint8_t  *USBD_Composite_GetDeviceQualifierDescriptor (uint16_t *length)
  76. {
  77. 	*length = sizeof (USBD_Composite_DeviceQualifierDesc);
  78. 	return USBD_Composite_DeviceQualifierDesc;
  79. }

3、usbd_conf.c 与 usbd_conf.h的修改

（1）usbd_conf.c 中修改 USBD_LL_Init

给新的端点配置FIFO通道：（其中USB-FS中的FIFO只有1.25KB大小，也就是设置不能超过0x140）

  1. USBD_StatusTypeDef USBD_LL_Init(USBD_HandleTypeDef *pdev)
  2. {
  3.   /* Init USB Ip. */
  4.   if (pdev->id == DEVICE_FS) {
  5.   /* Link the driver to the stack. */
  6.   hpcd_USB_OTG_FS.pData = pdev;
  7.   pdev->pData = &hpcd_USB_OTG_FS;
  8.   
  9.   hpcd_USB_OTG_FS.Instance = USB_OTG_FS;
  10.   hpcd_USB_OTG_FS.Init.dev_endpoints = 4;
  11.   hpcd_USB_OTG_FS.Init.speed = PCD_SPEED_FULL;
  12.   hpcd_USB_OTG_FS.Init.dma_enable = DISABLE;
  13.   hpcd_USB_OTG_FS.Init.phy_itface = PCD_PHY_EMBEDDED;
  14.   hpcd_USB_OTG_FS.Init.Sof_enable = DISABLE;
  15.   hpcd_USB_OTG_FS.Init.low_power_enable = DISABLE;
  16.   hpcd_USB_OTG_FS.Init.lpm_enable = DISABLE;
  17.   hpcd_USB_OTG_FS.Init.vbus_sensing_enable = DISABLE;
  18.   hpcd_USB_OTG_FS.Init.use_dedicated_ep1 = DISABLE;
  19.  
  20.   if (HAL_PCD_Init(&hpcd_USB_OTG_FS) != HAL_OK)
  21.   {
  22.     Error_Handler( );
  23.   }
  24.  
  25. #if (USE_HAL_PCD_REGISTER_CALLBACKS == 1U)
  26.   /* Register USB PCD CallBacks */
  27.   HAL_PCD_RegisterCallback(&hpcd_USB_OTG_FS, HAL_PCD_SOF_CB_ID, PCD_SOFCallback);
  28.   HAL_PCD_RegisterCallback(&hpcd_USB_OTG_FS, HAL_PCD_SETUPSTAGE_CB_ID, PCD_SetupStageCallback);
  29.   HAL_PCD_RegisterCallback(&hpcd_USB_OTG_FS, HAL_PCD_RESET_CB_ID, PCD_ResetCallback);
  30.   HAL_PCD_RegisterCallback(&hpcd_USB_OTG_FS, HAL_PCD_SUSPEND_CB_ID, PCD_SuspendCallback);
  31.   HAL_PCD_RegisterCallback(&hpcd_USB_OTG_FS, HAL_PCD_RESUME_CB_ID, PCD_ResumeCallback);
  32.   HAL_PCD_RegisterCallback(&hpcd_USB_OTG_FS, HAL_PCD_CONNECT_CB_ID, PCD_ConnectCallback);
  33.   HAL_PCD_RegisterCallback(&hpcd_USB_OTG_FS, HAL_PCD_DISCONNECT_CB_ID, PCD_DisconnectCallback);
  34.  
  35.   HAL_PCD_RegisterDataOutStageCallback(&hpcd_USB_OTG_FS, PCD_DataOutStageCallback);
  36.   HAL_PCD_RegisterDataInStageCallback(&hpcd_USB_OTG_FS, PCD_DataInStageCallback);
  37.   HAL_PCD_RegisterIsoOutIncpltCallback(&hpcd_USB_OTG_FS, PCD_ISOOUTIncompleteCallback);
  38.   HAL_PCD_RegisterIsoInIncpltCallback(&hpcd_USB_OTG_FS, PCD_ISOINIncompleteCallback);
  39. #endif /* USE_HAL_PCD_REGISTER_CALLBACKS */
  40.   /*所有EP共享的Rx FiFo + Tx FiFo 不能超过1.25kB 即0x140*/
  41.   HAL_PCDEx_SetRxFiFo(&hpcd_USB_OTG_FS, 0x80);
  42.   HAL_PCDEx_SetTxFiFo(&hpcd_USB_OTG_FS, 0, 0x40);
  43.   HAL_PCDEx_SetTxFiFo(&hpcd_USB_OTG_FS, 1, 0x40);
  44.   HAL_PCDEx_SetTxFiFo(&hpcd_USB_OTG_FS, 2, 0x40);
  45.  
  46.   }
  47.   return USBD_OK;
  48. }

（2）usbd_conf.h 中 主要修改的是接口数量

  1. /*---------- -----------*/
  2. #define USBD_MAX_NUM_INTERFACES     2U
  3. /*---------- -----------*/
  4. #define USBD_MAX_NUM_CONFIGURATION     1U
  5. /*---------- -----------*/
  6. #define USBD_MAX_STR_DESC_SIZ     512U
  7. /*---------- -----------*/
  8. #define USBD_DEBUG_LEVEL     0U
  9. /*---------- -----------*/
  10. #define USBD_LPM_ENABLED     0U
  11. /*---------- -----------*/
  12. #define USBD_SELF_POWERED     1U
  13. /*---------- -----------*/
  14. #define MSC_MEDIA_PACKET     512U
  15.  
  16. /****************************************/
  17. /* #define for FS and HS identification */
  18. #define DEVICE_FS 		0
  19. #define DEVICE_HS 		1

（3）usb_device.c 中的修改

  • MX_USB_DEVICE_Init 中 ，USBD_RegisterClass() 中改成自己的USB的复合类

  1.   if (USBD_Init(&hUsbDeviceFS, &FS_Desc, DEVICE_FS) != USBD_OK)
  2.   {
  3.     Error_Handler();
  4.   }
  5.   if (USBD_RegisterClass(&hUsbDeviceFS, &USBD_COMPOSITE) != USBD_OK)
  6.   {
  7.     Error_Handler();
  8.   }
  9.   if (USBD_Start(&hUsbDeviceFS) != USBD_OK)
  10.   {
  11.     Error_Handler();
  12.   }

五、注意事项

1、实现USB复合设备中遇到的一些问题

  • 首先，使用USB-MSC 读写SD卡的过程中，如果SD卡没有使用中断，则需要确保USB属于高优先级。否则在读写SD过程中，被其他中断打断，会导致掉盘。如果使用了SD的中断或者读写DMA中断，其中优先级： SD > SD DMA > USB
  • 其次，在HID 的发送报文函数，需要做一些修改。不然会产生USB复合设备只能使用一种功能的现象

2、USB HID 中 USBD_HID_SendReport的修改

主要是将 HID 状态的判断给去掉了。当USB已经配置好后，直接通过对应的端点地址发送HID的报文就行了！

  1. uint8_t USBD_HID_SendReport     (USBD_HandleTypeDef  *pdev,
  2.                                  uint8_t *report,
  3.                                  uint16_t len)
  4. {
  5.   USBD_HID_HandleTypeDef     *hhid = (USBD_HID_HandleTypeDef*)pdev->pClassData;
  6.  
  7.   if (pdev->dev_state == USBD_STATE_CONFIGURED )
  8.   {
  9.       USBD_LL_Transmit (pdev,
  10.                         HID_EPIN_ADDR,
  11.                         report,
  12.                         len);
  13.   }
  14.   return USBD_OK;
  15. }

 

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