最近想研究一个U盘,然后顺便熟悉一下USB协议。因为USB协议比较复杂, 常用的复杂外设除了WiFi,Ethernet,SDIO和USB这些就是USB了,学习USB的时候肯定要拿一个东西下手,所以简单了解之后准备了下列资料:
前期准备
1.《圈圈教你玩USB》。这本书比较经典,但是拿的芯片比较老了,在淘宝上搜索发现这本书配套的PDIUSBD12有现成的独立模块使用。因为手头上正好有一个STM32开发板,可以用来对接它。STM32之前用来对接红外线后来被闲置(参考这篇http://www.cnblogs.com/tanhangbo/p/4740702.html), 这时候正好用上。
左边是淘宝买的模块,中间是圈圈的书本,右边是买书送的PCB,没有用上。
2.《USB开发大全》,《linux那些事儿》这两本书买了备用
3.USB一些相关资料包,和USB的系列spec,算作储备。前期已经了解了一些USB的基本架构,学习起来可以再回顾下。
4.USB的抓包软件,抓包硬件。抓包软件抓到的包可能会漏掉一些东西,而且会加上一些系统调用,使用会模糊不清。而抓包软件可以抓到真实的包,就像wifi的sniffer一样,一定要看到真实的包才有标准答案,不然学习起来会迷路。USB的抓包器相对于逻辑分析仪比较昂贵,购买USB1.1协议的即可。
5.准备好你的耐心,因为这里涉及多个协议,这是最重要的。
移植代码
因为选择了STM32作为主体而不是51单片机,所以代码难免需要移植一下,这是一个初期的障碍,但是评估起来问题不大。因为需要移植的是GPIO相关的东西,所以只要注意一些细节就可以了。移植过程中遇到的一个比较大的问题是,D12并口的GPIO不要给它拉高,否则通讯会出错。我之前使用的时候发现一直没有通(通过并口读取D12的硬件ID),后来加入了逻辑分析仪之后竟然可以了,于是想到GPIO的硬件问题,最后把上拉改成悬空就可以了。因为STM32的GPIO的API有点绕,所以要仔细对待。
移植到STM32的HAL代码:
/** Init GPIOA as input or Output */ void GPIOA_Init(int input) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA , ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; if (input == 1) GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //GPIO_Mode_IN_FLOATING else GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //GPIO_Mode_Out_PP GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); } void HAL_GPIO_Data_AS_Input() { //GPIO_DeInit(GPIOA); GPIOA_Init(1); } void HAL_GPIO_Data_AS_Output() { //GPIO_DeInit(GPIOA); GPIOA_Init(0); } u8 HAL_GPIO_Read_Data() { return GPIO_ReadInputData(GPIOA) & 0xFF; } /** GPIOB_6 = RD -- Output GPIOB_7 = WR -- Output GPIOB_8 = INT -- Input GPIOB_9 = A0 -- Output */ void GPIOB_Init() { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB , ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; /** Output */ GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); /** Input */ GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING ; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); } /** Write one byte to GPIOA0~GPIO7 */ void HAL_GPIO_Write_Data(unsigned char byte) { #if 0 GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, (byte & 0x01)); GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_1, (byte & (0x01 << 1))); GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_2, (byte & (0x01 << 2))); GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_3, (byte & (0x01 << 3))); GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, (byte & (0x01 << 4))); GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, (byte & (0x01 << 5))); GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_6, (byte & (0x01 << 6))); GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_7, (byte & (0x01 << 7))); #else uint16_t data = GPIO_ReadOutputData(GPIOA) & 0xFF00; //read high 8 byte GPIO_Write(GPIOA, (data|byte)); //write high&low byte #endif } void HAL_GPIO_Write_RD(int val) { GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_6, val); } void HAL_GPIO_Write_WR(int val) { GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_7, val); } void HAL_GPIO_Write_A0(int val) { GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_9, val); } int HAL_GPIO_Read_INT() { return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_8); } void HAL_GPIO_Init() { GPIOA_Init(0); GPIOB_Init(); } /** PA0 ~ PA7 test PASS */ void GPIOA_Test() { int i = 0; GPIOA_Init(0); while (1) { printf("Read = %08x\r\n", GPIOB, HAL_GPIO_Read_Data()); //GPIOA_Write_Byte(0x55); //delay_ms(1000); ///GPIOA_Write_Byte(0xaa); os_sleep(1); } }
圈圈代码里面的中文太多了,出于强迫症给它整理格式、加入自定义的打印并且加上颜色。
使用的时候HID和USB-TTL的例子都没问题,后面的U盘里面就有一些问题了,这里有一些SCSI命令的响应是没有的,手动给它添加上去,试过ubuntu14.04和win10都没有通,经常卡在文件系统的Read(10)这里,猜测是速度上不去,后面更换STM32自带的USB试试看。目前成功的例子是linux2.6内核的板子成功给它挂载上去并且读取到里面的TXT文件。
对于U盘来说有包括SCSI指令和FAT文件系统层的东西,这些都需要去了解,巩固。
心得
1.USB协议本身主要是要实现一些基本的描述符,告诉主机自己是谁,有哪些参数(类似SDIO的CCCR/FBR/CIS),实际的数据传输流程是为上层协议做准备的。一开始可能对USB数据包本身比较感兴趣,后续更多的问题存在于应用协议。
2.对于U盘来说要在USB基础上了解SCSI和FAT文件系统协议协议格式,重头戏都是在这里的。
3.USB可玩性比较高,可以实现标准的HID或者自定义单各种设备。比如USB网卡和CH340这些模块都是自定义的vendor specific设备。
展望
目前还是有一些问题需要解决的
1.将圈圈的代码写死二进制的方式全部改掉(包括USB的标准请求/SCSI指令/FAT格式),换成结构体的表示,手头上有linux内核代码和ecos的代码,可以移植过来。光跑别人的代码可能理解不深,自己重写一遍才能深刻理解。
2.在STM32上跑通U盘的例子。目前STM32有了现成的U盘历程,可以先移植过来看看效果,如果效果不好就将D12的代码移植过来。
3.在windows和ubuntu上面调通U盘
4.STM32作为SDIO host,做一个USB读卡器。
5.总结整理文档,形成自己的USB代码库
6.准备好耐心一步步积累吧
原文地址:https://www.cnblogs.com/tanhangbo/p/8969511.html