21. STM32. Программирование STM32F103. USB

01.11.2016

На тестовой плате STM32F103 есть microUSB разъем. И он служит не только для подачи питания. STM32F103 может работать с USB в качестве различных USB - устройств. Как USB HID устройство, в том числе как клавиатура или мышка, как виртуальный последовательный порт, USB Mass Storage, и тому подобное. Мы рассмотрим лишь пару примеров. В первом - компьютер будет воспринимать STM32F103 как виртуальный последовательный порт. Во втором примере STM32F103 эмитирует клавиатуру и мышку. STM32F103 будет двигать мышкой, (конечно на экране :), и эмитировать нажатие кнопок на клавиатуре.

Описание работы USB

В общем, Вы должны понимать что:

USB устройства подключаются к Хосту (чаще всего, это - компьютер). Хост - главный, он всем управляет.
USB устройство не может быть инициатором передачи данных. То есть, оно сидит и молчит, пока его не спросят. Спросили или прислали данные, - оно ответило или приняло данные и замолчало.
USB устройство имеет уникальный идентификатор. Каждое USB устройство может иметь несколько конечных точек, каждая из которых имеет уникальный адрес. Именно через конечные точки передаются данные или команды.
USB устройство имеет Дескриптор. Это массив данных, в котором содержится описание устройства. Благодаря дескриптору, операционная система получает информацию о USB устройстве и использует для общения с ним соответствующий драйвер.
Хост идентифицирует USB-устройство по ID вендора и ID продукта (Vendor ID - VID и Product ID - PID)

Я не хочу копипастить фрагменты чужих статей о том, как работает USB, и некоторые аспекты использования USB в STM32. Поэтому просто дам несколько ссылок, где можно на досуге почитать о USB: http://microtechnics.ru/osnovy-interfejsa-usb/ http://webhamster.ru/mytetrashare/index/mtb0/1410507212bb4zf8gacj http://radiokot.ru/circuit/digital/pcmod/63/ http://microtechnics.ru/mikrokontroller-stm32-i-usb/ http://microtechnics.ru/stm32-peredacha-dannyx-po-usb/ Мы можем достаточно длительное время углубляться в изучение USB интерфейса, но мы держим в руках плату STM32F103 с USB. Мы готовы немедленно подключить ее к компьютеру. И нам уже хочется "пощупать USB за вымя". Тогда скорее "переходим к слайдам".

Библиотека STM32 USB FS Device Lib

Для работы с USB, существует библиотека для STM32. Я использую версию STM32_USB-FS-Device_Lib_V4.0.0. Архив с библиотекой содержит несколько примеров. К сожалению, для CoIDE проектов нет. Обратите внимание, что тактирование USB интерфейса требует фиксированной частоты 48МГц.

Я приведу два, на мой взгляд, наиболее интересных примера. Первый: эмуляция виртуального порта.

Виртуальный последовательный порт

Прежде всего, нам надо позаботиться о том, чтобы компьютер смог адекватно воспринять наш STM32 как последовательный порт. Для этого надо установить драйвер, который очень сложно найти на сайте st.com, поэтому я его выложил на GITHUB: https://github.com/avislab/STM32F103/tree/master/Example_USB_Virtual_Com_Port/Drivers Драйвер для Win7, Win8 - VCP_V1.4.0_Setup.exe, для WindowsXP - VCP_V1.3.1_Setup.exe. Эти драйверы нужны только для Windows. Для Linux (Ubuntu) драйвер не нужен. Ubuntu его распознает и так. Обычно Ubuntu видит виртуальный порт как /dev/ttyACM0. Теперь пара слов о примере Example_USB_Virtual_Com_Port. После подключения прошитой платы с микроконтроллером к порту USB компьютера, компьютер будет воспринимать ее, как последовательный порт. В Windows это будет COM порт, в Linux - что-то вроде /dev/ttyACM0. В примере программа микроконтроллера реализует только эхо (echo). То есть, отправляет назад все принятые данные. Поэтому, когда Вы подключитесь к последовательному порту с помощью терминальной программы (например Putty), и начнете набирать текст, Вы увидите его на экране терминала. Если набрать символ `1` загорится светодиод на плате, когда микроконтроллер получит любой другой символ - он погасит светодиод. Этот функционал реализован в главном цикле программы:


int main(void)
{
  Set_System();
  SetSysClockTo72();
  Set_USBClock();
  USB_Interrupts_Config();
  USB_Init();
  /* Initialize Leds mounted on STM32 board */
  GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
  /* Initialize LED which connected to PC13, Enable the Clock*/
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
  /* Configure the GPIO_LED pin */
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
  GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13);
  while (1)
  {
    if (bDeviceState == CONFIGURED)
    {
      CDC_Receive_DATA();
      // Check to see if we have data yet
      if (Receive_length  != 0)
      {
    	  // If received symbol `1` then LED turn on, else LED turn off
    	  if (Receive_Buffer[0]==`1`) {
    		  GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13);
    	  }
    	  else {
    		  GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13);
    	  }
    	  // Echo
    	  if (packet_sent == 1) {
    		  CDC_Send_DATA ((uint8_t*)Receive_Buffer,Receive_length);
    	  }
    	  Receive_length = 0;
      }
    }
  }
}

Полный код примера можно скачать здесь: https://github.com/avislab/STM32F103/tree/master/Example_USB_Virtual_Com_Port

Клавиатура и мышь

Этот пример можно использовать, когда нужно создать устройство типа сканера штрих-кодов, который эмулирует нажатия клавиши на клавиатуре. Для использования подобных устройств не требуется специальных драйверов или отдельных программных решений. После подключения к USB порту компьютера плата с микроконтроллером эмулирует последовательность нажатия кнопок на клавиатуре (функция KEYBOARD_SEND_word), и передвигает курсор мыши на один пиксель вправо и вверх (функция MOUSE_move):


int main(void)
{
  Set_System();
  SetSysClockTo72();
  USB_Interrupts_Config();
  Set_USBClock();
  USB_Init();
  while (1)
  {
    if (bDeviceState == CONFIGURED)
    {
      if (PrevXferComplete)
      {
    	  KEYBOARD_SEND_word("HELLO!!!");
    	  MOUSE_move(1,-1);
    	  //RHIDCheckState();
      }
    }
  }
}

Желательно открыть текстовый редактор и после этого подключать плату, тогда Вы сможете увидеть как набирается текст "HELLO !!!". Обратите внимание, что микроконтроллер эмулирует нажатие кнопок на клавиатуре, а не передает символы. Если у Вас будет включена русская раскладка клавиатуры, Вы увидите "РУДДЩ !!!" вместо "HELLO !!!". Полный код примера можно скачать здесь: https://github.com/avislab/STM32F103/tree/master/Example_USB_Keyboard

USB Mass Srorage

Этот пример демонстрирует возможность использования Flash памяти микроконтроллера в качестве USB носителя, то есть небольшой флешки. Размер памяти для использования всего 54Кб. С практической точки зрения это не имеет особой ценности, но в некоторых проектах возможность использовать STM32 как USB Mass Storage может пригодиться.


#include "stm32f10x.h"
#include "stm32f10x_flash.h"
#include "stm32f10x_rcc.h"
#include "misc.h"
#include "usb_lib.h"
#include "hw_config.h"
#include "usb_pwr.h"
int main(void)
{
	Set_System();
	Set_USBClock();
	USB_Interrupts_Config();
	USB_Init();
	while (bDeviceState != CONFIGURED);
	while (1)
	{
	}
}

Полный код примера можно скачать здесь: https://github.com/avislab/STM32F103/tree/master/Example_USB_Mass_Storage

Защита USB

К сожалению, STM32 оказался слабым перед электростатическими зарядами на линиях USB. Вы с легкостью можете сжечь порт микроконтроллера и даже не заметить этого. Компьютер просто перестанет распознавать STM32 как USB устройство. Все остальные части микроконтроллера могут дальше исправно работать и Вам может показаться, что это проблемы в контактах, или в прошивке контроллера. К сожалению, такое случается.

Если внимательно рассмотреть эту плату, Вы не заметите ничего, что могло бы защитить микроконтроллер от пагубного влияния электростатического напряжения. Ножки, которые отвечают за USB, подключенные к разъему через резисторы 22 Ом. Для защиты USB от статических разрядов стандартно используют супрессоры или TVS-диод (Transient Voltage Suppressor). Есть специализированные микросхемы для USB - это сборник супрессоров малой емкости, которые не влияют на скорость передачи данных. Я рекомендую позаботиться о подобной защите в своих проектах. Подробнее о защите USB читайте здесь: http://www.mirpu.ru/interface/86-usb/179-xaschita-usb.html Желаю успехов!

Смотри также:

Коментарі:

Sandor говорить:

13.02.2017 20:47

Спасибо за работу очень полезный ресурс

Sandor говорить:

13.02.2017 20:47

Спасибо за работу очень полезный ресурс

TSL говорить:

28.07.2017 20:59

В Вин7 драйвер подтянулся из инета.
Спасибо за замечательные статьи!

Евгений говорить:

28.08.2017 09:46

Ресурс действительно ценный, за что автору огромное спасибо. Я употребил в эксперименты часть проектов отсюда и всё прекрасно отработало, в результате чего случилось накопление бесценного опыта. Но вот один из проектов ну ни как не реализуется. Это Example_USB_Keyboard !
Проект компилируется в кукоксе, но при попытке прошить из него же через stlink приводит к потере программатором прошиваемой платы. Платка после этого уже не стирается и кукокса и лечится стиранием через UART. Прошивка бинарника через уарт происходит ОК, но платка при подключинее не опрделеяется, то есть неизв устройство, вид\\пид-ов винда не видит.
Автор, плиз, если услышишь, подкинь идеек как найти причину и через это получить ещё кусочек бесценного опыта! :)

Константин говорить:

10.05.2020 22:17

Всем добра! Отличный ресурс! Изучаю по нему STM, дошел до USB. В качестве отладочной платы использую Blue pill, пример для COM-порта работает нормально, а клавиатура с мышью и USB Mass Srorage при подключении не определяются. В диспетчере устройств Unknown Device. Подскажите пожалуйста, в чем может быть причина и как это дебажить? Спасибо.

21. STM32. Программирование STM32F103. USB

Описание работы USB

Библиотека STM32 USB FS Device Lib

Виртуальный последовательный порт

Клавиатура и мышь

USB Mass Srorage

Защита USB

Додати коментар

Категорії

Недавні записи

Tags

Архіви

Підписка