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【外设移植】USB键盘+M61开发板

安信可科技  · 公众号  ·  · 2024-02-23 18:08

正文

本作品由安信可社区用户

bzhou830 制作






01

介绍

前面写过两遍关于 USB 协议基础的帖子，如果对 USB 协议不了解，可以去看看下列的基础内容。

【探索 USB】01. USB 协议基础 - 小安派 S1&M61 教程合集 - 物联网开发者社区-安信可论坛 - Powered by Discuz! (ai-thinker.com)

【探索 USB】02. 设备的连接和枚举 - 小安派 S1&M61 教程合集 - 物联网开发者社区-安信可论坛 - Powered by Discuz! (ai-thinker.com)


这篇开始使用 M62 板子来实现 USB 的设备开发，首先从最简单的 USB HID 键盘开始。固件的 SDK 使用的是 CherryUSB 开源 USB 固件。CherryUSB 是一个小而美的、可移植性高的、用于嵌入式系统的 USB 主从协议栈。设备端的协议执行流程如下图：










02

描述符

CherryUSB 实现好了一套 USB 的设备协议，只需要使用的 CheryyUSB 提供的接口调用就可以实现想要的 USB 设备了。首先应该为 USB 设备填描述符。描述符的种类很多，先得理解他们的含义。

设备 (Device) ：就是一个实实在在的 USB 设备，比如 USB 鼠标，U 盘。

配置 (Configuration)：一个 USB 设备可以有多种配置。比如 4G 上网卡就有 2 种配置：U 盘、上网卡。第 1 次把 4G 上网卡插入电脑时，它是一个 U 盘，可以安装里面的程序。装好程序后，把它再次插入电脑，它就是一个上网卡。驱动程序可以选择让它工作于哪种配置，同一时间只能有一种配置有效。大多数的 USB 设备只有一种配置。

接口 (Interface) ：每个配置下可以有多个接口，这个接口不是硬件上的接口，可以把这个接口理解为功能，一个接口就代表该设备当前支持的一种功能。

端点 (Endpoint) ：每个接口可以有多个端点。USB 主机和设备就是通过端点进行数据交互的。每个端点地址对应一个方向，例如端点 2-IN，端点 2-OUT，这两个含义完全不同。

对于 HID 设备来说还有 HID 描述符和 HID 报告描述符。

HID 描述符 ：描述设备数据包的固定代码字节数组，包括设备支持多少个包，包有多大，以及包中每个字节和比特的含义。

HID 报告描述符 ：HID 报告描述符是一个硬编码的字节数组，用于描述设备的数据包。这包括：设备支持多少数据包，数据包有多大，以及数据包中每个字节和位的用途。


有关 USB 键盘鼠标的数据报格式可以看如下帖子：

USB-HID 键鼠通讯数据格式 - 技术干货 - 物联网开发者社区-安信可论坛 - Powered by Discuz! (ai-thinker.com)


下面来一一看看它们都怎么写的。


> > > >

设备描述符


cherryUSB 中封装了宏来定义设备描述符：


详细说说字段表示的意思：



> > > >

配置描述符


cherryUSB 中封装了宏来定义配置描述符：


> > > >

接口描述符


接口描述符是需要自己写成数组的：


> > > >

端点描述符



> > > >

HID 描述符



> > > >

HID 报告描述符








03

设备的实现

在设备连接时设备端就需要向主机上报各种描述符，主机这时候就会识别到设备然后给 USB 设备分配端口（USB 协议基础中的设备枚举）。

连接完成后设备就可以通过 usbd_ep_start_write 函数（cherryUSB 提供的 API）向主机上报数据了。


在主函数中调用它, 如下就实现了一个不断向主机发送字母 a 的 usb 键盘设备。



为了能和真实的键盘对应上，这里特意使用矩阵键盘接上板子来读取矩阵键盘的键值，将对应的键值转换成对应的 hid 报告发送给电脑端。



硬件的接线顺序如下：



在矩阵键盘扫描的 task 里面循环扫描矩阵键盘，如果按键有按下直接转换成对应的 hid 键值：



这些键值的定义可以在这里找到：



在 usb 键盘的 task 里面则取接受消息，并把消息发松给 pc 端。








04

USB描述符的查看

Windows 下可以使用 usbview 来查看 usb 描述符信息，这有利于我们调试分析使用。






05

USB协议调试软件

usb 协议相对还是比较复杂的，任何的描述符写错了都可能导致设备没办法正常的工作。这时候好用的调试软件就非常的重要了。

USBlyzer, WireShark 都是可以用来抓 USB 数据包进行分析的。










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