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基于STM32实现USB复合设备CDC+MSC正确实现方式_stm32 usb 复合设备

作者：羊村懒王 | 2024-04-25 00:01:48

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stm32 usb 复合设备

摘要：

前一段时间对无刷电机的驱动有了兴趣，移植了odrive和simpleFOC代码，里面有关于stm32实现USB复合的实例，最近也有打算在electronbot里实现U盘+通讯来实现bootloader和语音文件的拷贝和管理。看了网上也有相关实现文章，比较HAL原代码框架，无论是odrive里，还是网上其它实现案例，都是通过ep_addr进行switch ，而原代码框架里有USBD_RegisterClassComposite函数，阅读HAL库USB相关代码后，决定以符合原代码框架的姿势打开USB组合设备CDC+MSC。

编译环境

编译环境使用了STM32CubeMX生成makefile工程，使用gcc编译，环境搭建材料如下，基本可参照odrive环境搭建。

1、VSCodeUserSetup-x64-1.63.0.exe

2、gcc-arm-none-eabi-10.3-2021.10-win32.exe

3、openocd-20211118.zip

4、xpack-windows-build-tools-4.2.1-2-win32-x64.zip

可自行百度 Windows ODrive 编译环境搭建

一、基本工程建立

使用STM32CubeMX建立两个独立的工程，一个是CDC工程，一个是MSC工程。然后以一个工程为母版，本例程是以CDC为母版，将MSC工程路径Middlewares\ST\STM32_USB_Device_Library\Class下的MSC文件夹拷贝到CDC工程该路径下，如图

二、描述符修改

描述符修改基本遵循设备层，配置、接口、端点依次更改。

1.设备层

无论是CDC的还是MSC的设备描述符不符合要求了，并且看到代码里有USE_USBD_COMPOSITE宏判断：

即可理解为如果定义了USE_USBD_COMPOSITE宏，即不再使用MSC和CDC里的设备描述符和相关配置。那么就应该在MSC和CDC两个关系之上，实现这一部分。于是新建两个文件分别是usbd_composite.c 和 usbd_composite.h,关键部分如下：

上图下红框即是告诉主机，下行设备即是复合设备。


USBD_ClassTypeDef USBD_CMPSIT=
{
  NULL,
  NULL,
  NULL,
  NULL,                 /* EP0_TxSent */
  NULL,
  NULL,
  NULL,
  NULL,
  NULL,
  NULL,
  USBD_CMPSIT_GetHSCfgDesc,
  USBD_CMPSIT_GetFSCfgDesc,  
  USBD_CMPSIT_GetOtherSpeedCfgDesc,
  USBD_CMPSIT_GetDeviceQualifierDescriptor  
};

2.配置描述符

配置主要信息内容：使用了几个接口，每个接口实现什么设备功能（CDC、HID、MSC...)，使用了什么样的端点等，本例程主要用了三个接口，CDC使用了两个，index为0和1，MSC使用了一个，index为2。配置描述符如下：


__ALIGN_BEGIN static uint8_t USBD_CMPSIT_CfgDesc[USB_CMPSIT_CONFIG_DESC_SIZ] __ALIGN_END =
{
  /* Configuration Descriptor */
  //0
  0x09,                                       /* bLength: Configuration Descriptor size */
  USB_DESC_TYPE_CONFIGURATION,                /* bDescriptorType: Configuration */
  USB_CMPSIT_CONFIG_DESC_SIZ,                    /* wTotalLength */
  0x00,
  0x03,                                       /* bNumInterfaces: 2 interfaces */
  0x01,                                       /* bConfigurationValue: Configuration value */
  0x00,                                       /* iConfiguration: Index of string descriptor
                                                 describing the configuration */
#if (USBD_SELF_POWERED == 1U)
  0xC0,                                       /* bmAttributes: Bus Powered according to user configuration */
#else
  0x80,                                       /* bmAttributes: Bus Powered according to user configuration */
#endif /* USBD_SELF_POWERED */
  USBD_MAX_POWER,                             /* MaxPower (mA) */
 
  /*---------------------------------------------------------------------------*/
  //9
  /* Interface Association Descriptor: CDC device (virtual com port) */
  0x08,   /* bLength: IAD size */
  0x0B,   /* bDescriptorType: Interface Association Descriptor */
  0x00,   /* bFirstInterface */
  0x02,   /* bInterfaceCount */
  0x02,   /* bFunctionClass: Communication Interface Class */
  0x02,   /* bFunctionSubClass: Abstract Control Model */
  0x01,   /* bFunctionProtocol: Common AT commands */
  0x06,   /* iFunction */
  //17
  /* Interface Descriptor */
  0x09,                                       /* bLength: Interface Descriptor size */
  USB_DESC_TYPE_INTERFACE,                    /* bDescriptorType: Interface */
  /* Interface descriptor type */
  0x00,                                       /* bInterfaceNumber: Number of Interface */
  0x00,                                       /* bAlternateSetting: Alternate setting */
  0x01,                                       /* bNumEndpoints: One endpoint used */
  0x02,                                       /* bInterfaceClass: Communication Interface Class */
  0x02,                                       /* bInterfaceSubClass: Abstract Control Model */
  0x01,                                       /* bInterfaceProtocol: Common AT commands */
  0x06,                                       /* iInterface */
  //26
  /* Header Functional Descriptor */
  0x05,                                       /* bLength: Endpoint Descriptor size */
  0x24,                                       /* bDescriptorType: CS_INTERFACE */
  0x00,                                       /* bDescriptorSubtype: Header Func Desc */
  0x10,                                       /* bcdCDC: spec release number */
  0x01,
  //31
  /* Call Management Functional Descriptor */
  0x05,                                       /* bFunctionLength */
  0x24,                                       /* bDescriptorType: CS_INTERFACE */
  0x01,                                       /* bDescriptorSubtype: Call Management Func Desc */
  0x00,                                       /* bmCapabilities: D0+D1 */
  0x01,                                       /* bDataInterface */
  //36
  /* ACM Functional Descriptor */
  0x04,                                       /* bFunctionLength */
  0x24,                                       /* bDescriptorType: CS_INTERFACE */
  0x02,                                       /* bDescriptorSubtype: Abstract Control Management desc */
  0x02,                                       /* bmCapabilities */
  //40
  /* Union Functional Descriptor */
  0x05,                                       /* bFunctionLength */
  0x24,                                       /* bDescriptorType: CS_INTERFACE */
  0x06,                                       /* bDescriptorSubtype: Union func desc */
  0x00,                                       /* bMasterInterface: Communication class interface */
  0x01,                                       /* bSlaveInterface0: Data Class Interface */
  //45
  /* Endpoint 2 Descriptor */
  0x07,                                       /* bLength: Endpoint Descriptor size */
  USB_DESC_TYPE_ENDPOINT,                     /* bDescriptorType: Endpoint */
  CDC_CMD_EP,                                 /* bEndpointAddress */
  0x03,                                       /* bmAttributes: Interrupt */
  LOBYTE(CDC_CMD_PACKET_SIZE),                /* wMaxPacketSize */
  HIBYTE(CDC_CMD_PACKET_SIZE),
  CDC_FS_BINTERVAL,                           /* bInterval */
  /*---------------------------------------------------------------------------*/
  //52
  /* Data class interface descriptor */
  0x09,                                       /* bLength: Endpoint Descriptor size */
  USB_DESC_TYPE_INTERFACE,                    /* bDescriptorType: */
  0x01,                                       /* bInterfaceNumber: Number of Interface */
  0x00,                                       /* bAlternateSetting: Alternate setting */
  0x02,                                       /* bNumEndpoints: Two endpoints used */
  0x0A,                                       /* bInterfaceClass: CDC */
  0x00,                                       /* bInterfaceSubClass */
  0x00,                                       /* bInterfaceProtocol */
  0x06,                                       /* iInterface */
  //61
  /* Endpoint OUT Descriptor */
  0x07,                                       /* bLength: Endpoint Descriptor size */
  USB_DESC_TYPE_ENDPOINT,                     /* bDescriptorType: Endpoint */
  CDC_OUT_EP,                                 /* bEndpointAddress */
  0x02,                                       /* bmAttributes: Bulk */
  LOBYTE(CDC_DATA_FS_MAX_PACKET_SIZE),        /* wMaxPacketSize */
  HIBYTE(CDC_DATA_FS_MAX_PACKET_SIZE),
  0x00,                                       /* bInterval */
  //68
  /* Endpoint IN Descriptor */
  0x07,                                       /* bLength: Endpoint Descriptor size */
  USB_DESC_TYPE_ENDPOINT,                     /* bDescriptorType: Endpoint */
  CDC_IN_EP,                                  /* bEndpointAddress */
  0x02,                                       /* bmAttributes: Bulk */
  LOBYTE(CDC_DATA_FS_MAX_PACKET_SIZE),        /* wMaxPacketSize */
  HIBYTE(CDC_DATA_FS_MAX_PACKET_SIZE),
  0x00,                                        /* bInterval */
  //75
  /* Interface Association Descriptor: Mass Storage device */
  0x08,   /* bLength: IAD size */
  0x0B,   /* bDescriptorType: Interface Association Descriptor */
  0x02,   /* bFirstInterface */
  0x01,   /* bInterfaceCount */
  0x08,   /* bFunctionClass: */
  0x06,   /* bFunctionSubClass: */
  0x50,   /* bFunctionProtocol: */
  0x07,   /* iFunction */
  //83
  /********************  Mass Storage interface ********************/
  0x09,                                            /* bLength: Interface Descriptor size */
  0x04,                                            /* bDescriptorType: */
  0x02,                                            /* bInterfaceNumber: Number of Interface */
  0x00,                                            /* bAlternateSetting: Alternate setting */
  0x02,                                            /* bNumEndpoints */
  0x08,                                            /* bInterfaceClass: MSC Class */
  0x06,                                            /* bInterfaceSubClass : SCSI transparent*/
  0x50,                                            /* nInterfaceProtocol */
  0x07,                                            /* iInterface: */
  /********************  Mass Storage Endpoints ********************/
  //92
  0x07,                                            /* Endpoint descriptor length = 7 */
  0x05,                                            /* Endpoint descriptor type */
  MSC_EPIN_ADDR,                                   /* Endpoint address (IN, address 1) */
  0x02,                                            /* Bulk endpoint type */
  LOBYTE(MSC_MAX_FS_PACKET),
  HIBYTE(MSC_MAX_FS_PACKET),
  0x00,                                            /* Polling interval in milliseconds */
  //99
  0x07,                                            /* Endpoint descriptor length = 7 */
  0x05,                                            /* Endpoint descriptor type */
  MSC_EPOUT_ADDR,                                  /* Endpoint address (OUT, address 1) */
  0x02,                                            /* Bulk endpoint type */
  LOBYTE(MSC_MAX_FS_PACKET),
  HIBYTE(MSC_MAX_FS_PACKET),
  0x00                                             /* Polling interval in milliseconds */
  //106
};

usbd_conf.h修改部分


/*---------- -----------*/
#define USBD_MAX_NUM_INTERFACES     3U
/*---------- -----------*/
#define USBD_MAX_NUM_CONFIGURATION     1U
/*---------- -----------*/
#define USBD_MAX_STR_DESC_SIZ     512U
/*---------- -----------*/
#define USBD_DEBUG_LEVEL     0U
/*---------- -----------*/
#define USBD_LPM_ENABLED     0U
/*---------- -----------*/
#define USBD_SELF_POWERED     1U
 
#define MSC_MEDIA_PACKET     512U
#define CDC_FS_BINTERVAL     0x20U
 
#define USBD_SUPPORT_USER_STRING_DESC  1U

3.端点

本例程的端点分配规则：CDC使用了0x81、0x01、0x82，MSC使用了0x83、0x03

usbd_cdc.h相关如下：


#ifndef CDC_IN_EP
#define CDC_IN_EP                                   0x81U  /* EP1 for data IN */
#endif /* CDC_IN_EP */
#ifndef CDC_OUT_EP
#define CDC_OUT_EP                                  0x01U  /* EP1 for data OUT */
#endif /* CDC_OUT_EP */
#ifndef CDC_CMD_EP
#define CDC_CMD_EP                                  0x82U  /* EP2 for CDC commands */
#endif /* CDC_CMD_EP  */

usbd_msc.h相关如下：


#ifndef MSC_EPIN_ADDR
#define MSC_EPIN_ADDR                0x83U
#endif /* MSC_EPIN_ADDR */
 
#ifndef MSC_EPOUT_ADDR
#define MSC_EPOUT_ADDR               0x03U
#endif /* MSC_EPOUT_ADDR */

三.关键代码

底层初始化部分修改，usbd_conf.c中USBD_LL_Init

要使用USBD_RegisterClassComposite来复合 usb设备，即要对它的功能实现有所理解，然后函数内部还要实现一个USBD_CMPSIT_AddClass函数。阅读了该部分相关的代码，基本知道了它复合设备的思想了，即可逆推USBD_CMPSIT_AddClass要实现的功能。我实现该部分的代码如下：


#ifdef USE_USBD_COMPOSITE
void USBD_CMPSIT_AddClass(USBD_HandleTypeDef *pdev, USBD_ClassTypeDef *pclass, USBD_CompositeClassTypeDef classtype, uint8_t *EpAddr)
{
	//printf("classId=%d  : %d\r\n",pdev->classId,classtype);
	switch(classtype)
	{
		case CLASS_TYPE_CDC:{
			pdev->tclasslist[pdev->classId].ClassType = CLASS_TYPE_CDC;
			
			pdev->tclasslist[pdev->classId].Active = 1U;
			pdev->tclasslist[pdev->classId].NumEps = 3;
			
			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[0].add = CDC_CMD_EP;
			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[0].type = USBD_EP_TYPE_INTR;
			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[0].size = CDC_CMD_PACKET_SIZE;
			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[0].is_used = 1U;
			
			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[1].add = CDC_OUT_EP;
			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[1].type = USBD_EP_TYPE_BULK;
			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[1].size = CDC_DATA_FS_MAX_PACKET_SIZE;
			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[1].is_used = 1U;
			
			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[2].add = CDC_IN_EP;
			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[2].type = USBD_EP_TYPE_BULK;
			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[2].size = CDC_DATA_FS_MAX_PACKET_SIZE;
			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[2].is_used = 1U;
 
			pdev->tclasslist[pdev->classId].NumIf = 2;
			pdev->tclasslist[pdev->classId].Ifs[0] = 0;
			pdev->tclasslist[pdev->classId].Ifs[1] = 1;	
			
		}break;
 
		case CLASS_TYPE_MSC:{
			pdev->tclasslist[pdev->classId].ClassType = CLASS_TYPE_MSC;
			
			pdev->tclasslist[pdev->classId].Active = 1U;
			pdev->tclasslist[pdev->classId].NumEps = 2;
			
			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[0].add = MSC_EPIN_ADDR;
			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[0].type = USBD_EP_TYPE_BULK;
			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[0].size = MSC_MAX_FS_PACKET;
			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[0].is_used = 1U;
			
			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[1].add = MSC_EPOUT_ADDR;
			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[1].type = USBD_EP_TYPE_BULK;
			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[1].size = MSC_MAX_FS_PACKET;
			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[1].is_used = 1U;
			
 
			pdev->tclasslist[pdev->classId].NumIf = 1;
			pdev->tclasslist[pdev->classId].Ifs[0] = 2;						
			
		}break;
		default:break;
	}
	pdev->tclasslist[pdev->classId].CurrPcktSze = 0U;
		
}
 
#endif

然后就在usbd_device.c里使用USBD_RegisterClassComposite函数来注册复合设备了，如下代码段：


if(USBD_RegisterClassComposite(&hUsbDeviceFS, &USBD_CDC,CLASS_TYPE_CDC,0) != USBD_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
 
  if(USBD_CDC_RegisterInterface(&hUsbDeviceFS, &USBD_Interface_fops_FS) != USBD_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  if(USBD_RegisterClassComposite(&hUsbDeviceFS, &USBD_MSC,CLASS_TYPE_MSC,0) != USBD_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  if (USBD_MSC_RegisterStorage(&hUsbDeviceFS, &USBD_Storage_Interface_fops_FS) != USBD_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

四.大功告成

经过推理和设想，最后编译下载，功能完美实现。

CDC实现数据传输：

MSC部分由于没有使用flash实例化，即在电脑上发现U盘即为成功了：

总结

阅读原代码，想必作者USBD_RegisterClassComposite函数有实现该功能的最初设想，但STM32CubeMX没有例程来教导大家，实在遗憾，本人也是本着吹毛求疵的强迫症，尽量符合原框架不大改的思想去实现该功能。特与大家分享。

原码已上传到github, branch 为fw-v1.0

GitHub - wenyezhong/usb_composite

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