STM32 и USB. Использование интерфейса USB на примере STM32F3.

Продолжаем работать с интерфейсом USB, и сегодня пришло время практики. Как вы помните, теоретические аспекты мы уже рассмотрели (вот), так что сегодня возьмем в руки STM32 и напишем небольшой примерчик. Сразу скажу, что я решил поэкспериментировать с контроллером STM32F303 и, соответственно, с платой STM32F3Discovery.

На плате уже есть два USB разъема, один под ST-Link и второй для пользовательских задач, то есть как раз то, что нам надо.

С платой разобрались, теперь по поводу софта. STMicroelectronics любезно предоставили библиотеки для работы с USB для различных семейств микроконтроллеров, а кроме того, выпустили кучу примеров под разные отладочные платы. Но плат Discovery в этом списке нет, поэтому не станем вносить свои изменения в уже готовые проекты от ST, а лучше создадим свой новый проект, взяв из примеров и библиотек только то, что нам реально понадобится.

Время традиционной вставки: поскольку компания STMicroelectronics прекратила поддержку библиотеки SPL, которая использовалась в этом курсе, я создал новый, посвященный работе уже с новыми инструментами, так что буду рад видеть вас там - STM32CubeMx. Кроме того, вот глобальная рубрика по STM32, а также несколько статей на смежную тему из нового курса:

• STM32 и USB. Реализация USB Virtual COM Port.
• STM32 и USB. Реализация USB Mass Storage Device.

Задача будет такая - по приему байта данных по USB, контроллер зажигает определенное количество светодиодов. Если пришел байт 0х01 - светится один диод, 0х02 - два, 0х03 - три, ну и так далее. Для того, чтобы реализовать отправку данных с компьютера, поставим драйвер виртуального ком-порта и будем общаться с платой через обычный терминал (я использую Advanced Serial Port Monitor).

Нужный драйвер без проблем можно скачать на официальном сайте STMicroelectronics. Устанавливается тоже без проблем и в итоге в диспетчере устройств появляется следующее:

С этим разобрались, давайте теперь откроем какой-нибудь примерчик от ST и посмотрим как же вообще в их библиотеках устроен обмен данными по USB. Вот архив со всеми библиотеками и примерами - ST USB Library.

Заходим в папку с примерами и выбираем Virtual Com Port, там без труда находим нужную нам папку с проектом для Keil'а и запускаем его. Давайте сразу же посмотрим на файл main.c:

int main(void)
{
	Set_System();
	Set_USBClock();
	USB_Interrupts_Config();
	USB_Init();

	while(1)
	{
	}
}

Видим, что в теле цикла while(1) пусто, соответственно вся работа происходит в прерываниях. В функции main() всего лишь вызываются функции инициализации. Все эти функции реализованы в файле hw_config.c, его мы поправим под себя чуть позже. Для приема и передачи данных по USB в файле usb_endp.c предусмотрены соответствующие обработчики:

void EP1_IN_Callback (void)
void EP3_OUT_Callback(void)

Как вы помните из предыдущей статьи, транзакции IN нужны для передачи данных хосту (то есть ПК), а транзакции OUT для приема данных от хоста. Соответственно, для отправки данных используется конечная точка 1 (End Point 1), а для приема - End Point 3. Как программа попадает в эти обработчики? Сейчас разберемся! В файле stm32_it.c есть обработчик прерывания:

void USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler(void)

В его теле вызывается всего лишь одна функция - USB_Istr(), которая описана в файле usb_istr.c. Идем в этот файл и изучаем функцию... А там все в принципе просто, программа выясняет какое именно событие вызвало прерывание и в соответствии с этим происходит дальнейшая работа. Соответственно, при транзакциях IN или OUT вызываются именно те функции которые мы уже рассмотрели выше, а именно:

void EP1_IN_Callback (void)
void EP3_OUT_Callback(void)

Этот проект вообще по умолчанию адаптирован для контроллеров STM32F10x, да и файлов очень много лишних, так что давайте-ка создадим свой новый пустой проект и в нем уже будем работать. Напоминаю, что я буду работать с STM32F3Discovery, поэтому проект создаю для контроллера STM32F303VC. Забираем из папки с библиотеками и примерами все файлы, которые нам понадобятся. Вот их полный список:

В папку SPL я просто запихал все файлы из Standard Peripheral Library для STM32F303. Не забываем в настройках проекта указать все пути к файлам и прописать подключение SPL ( в общем, все как тут - ссылка). Проект создан, файлы все на месте, давайте писать код. И начинаем с функций инициализации, расположенных в файле hw_config.c:

void Set_System(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

	// Включаем тактирование нужной периферии
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SYSCFG, ENABLE);

	RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA, ENABLE);
	RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOE, ENABLE);

	// Настройка пинов
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11 | GPIO_Pin_12;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_15 |
	                              GPIO_Pin_11 | GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_12 | GPIO_Pin_13;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
	GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);

	GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource11, GPIO_AF_14);
	GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource12, GPIO_AF_14);

	// Внешнее прерывание, которое внутри контроллера подключено к 
	// функциям USB
	EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line18);
	EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line18; 
	EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising;
	EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
	EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
}

Что за пины мы настраиваем тут? А вот:

С PA11 и PA12 разобрались, а все остальные ножки - это светодиоды, которые есть на плате.

Идем дальше... Из функций для работы с USART'ом я просто все удалил, поскольку мы приемопередатчиком пользоваться не будем. Настраиваем прерывания:

void USB_Interrupts_Config(void)
{
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);

	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USB_LP_CAN1_RX0_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USBWakeUp_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

И еще я добавил небольшую функцию в этот же файл. Она просто гасит все светодиоды:

void GPIO_ResetLeds()
{
	GPIO_ResetBits(GPIOE, GPIO_Pin_8);
	GPIO_ResetBits(GPIOE, GPIO_Pin_9);
	GPIO_ResetBits(GPIOE, GPIO_Pin_10);
	GPIO_ResetBits(GPIOE, GPIO_Pin_11);
	GPIO_ResetBits(GPIOE, GPIO_Pin_12);
	GPIO_ResetBits(GPIOE, GPIO_Pin_13);
	GPIO_ResetBits(GPIOE, GPIO_Pin_14);
	GPIO_ResetBits(GPIOE, GPIO_Pin_15);
}

Не забываем в файл hw_config.h дописать прототип для этой функции:

void GPIO_ResetLeds(void);

С инициализацией вроде бы все. Открываем файл usb_endp.c. Мы будем только анализировать принятые от хоста данные, поэтому обработчик транзакций IN нам не понадобится:

void EP1_IN_Callback (void)
{
}

В обработчике транзакций OUT принимаем данные и в зависимости от того, какой байт принят зажигаем определенное количество светодиодов, которые у нас висят на GPIOE:

void EP3_OUT_Callback(void)
{
	uint16_t USB_Rx_Cnt;

	// Принимаем данные
	USB_Rx_Cnt = USB_SIL_Read(EP3_OUT, USB_Rx_Buffer);

	// Анализируем принятый байт
	switch(USB_Rx_Buffer[0])
	{
		case 0x01:
			GPIO_ResetLeds();
			GPIO_Write(GPIOE, 0x0100);
			break;

		case 0x02:
			GPIO_ResetLeds();
			GPIO_Write(GPIOE, 0x0300);
			break;

		case 0x03:
			GPIO_ResetLeds();
			GPIO_Write(GPIOE, 0x0700);
			break;

		case 0x04:
			GPIO_ResetLeds();
			GPIO_Write(GPIOE, 0x0F00);
			break;

		case 0x05:
			GPIO_ResetLeds();
			GPIO_Write(GPIOE, 0x1F00);
			break;

		case 0x06:
			GPIO_ResetLeds();
			GPIO_Write(GPIOE, 0x3F00);
			break;

		case 0x07:
			GPIO_ResetLeds();
			GPIO_Write(GPIOE, 0x7F00);
			break;

		case 0x08:
			GPIO_ResetLeds();
			GPIO_Write(GPIOE, 0xFF00);
			break;
	}

	// Включаем прием данных для конечной точки 3
	SetEPRxValid(ENDP3);
}

Так... Ну вроде бы на этом все. Вот полный проект: Проект для USB

Прошиваем микроконтроллер и тестируем! Вот, что получилось:

Послали байт 0х04 - загорелось 4 светодиода, аналогично работает и для любого другого количества светодиодов. Так что, на сегодня, пожалуй все, но опыты с USB, на этом только начинаются!