STM32 使用Cubemx 建一个USB（HID）设备下位机，实现数据收发

本文转载自 https://www.cnblogs.com/xingboy/p/9913963.html

　　这里我主要说一下如何做一个USB下位机，这里主要分3部分：1、建立工程；2、添加报文描述符；3、数据的传输。这里就不讲USB的理论知识了，有想要了解的自行百度一下就可以了。

建立工程：工程建立参考：https://www.cnblogs.com/libra13179/p/7193375.html

　　1、首先打开USB

　　2、接着把USB设置为下图HID模式

　　3、选择外部时钟

　　4、配置时钟树

　　5、配置USB设置

　　下面的USB设置就有点讲究了，

6、确认后，生成代码

添加报文描述符：

　　这里只是建立了一个工程，你编译不会有错，不过PC还是无法识别你这个是USB设备的，因为缺少了关键的报文描述符，这里我就说一下报文描述符怎么写，这个你可以直接用HID descriptor Tool软件生成，如下图，下图就是一个报文的基本要素了，该描述符主要作用是告诉PC机一下USB的信息，简单来说就是告诉PC我有什么用。

　　这里我说一下这个报文的要素，第一部分你可以理解为报文头；第二部分你可以理解为USB告诉PC机问我要做什么，这里主要告诉PC机我要做一个接收与发送的设备；第三部分是结束标志。

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下面我插入一个对报文描述符进行一个简单的描述：

标签解析举例（Usage ：0x50, 0x01）：

　　（Usage Page标签0x0?）0x05=0000 0101 ：

　　0x05表示前缀，0x01为数据部分，0x05转换成二进制，就是0000 01 01，按照HID类协议5.3 generic item format的定义，这个字节被分成3个部分:

　　bit0~bit1代表的是这个前缀后面跟的数据长度，这里就是后面0x01的长度，两位可以表示最大4字节的数据，即bsize

　　bit2~bit3代表的是这个前缀的类型，总共可以有三种类型：0=main，1=global，2=local，3=reserved；

　　bit4~bit7代表前tag，一般分为input(二进制的1000 00 nn,即bit4~bit7=1000,代表一个tag，bit2~bit3=00，代表main，bit0~bit1=nn，代表这个前缀后面还有nn所代表的数据)，output(二进制的 1001 00 nn)，feature(1011 00 nn)，collection(1010 00 nn)，end collection(1100 00 nn)

即：

　　0000：Usage Page

　　01： bType，全局（bType=0：主项目；bType=1：全局项目；bType=2：区域项目）

　　01：bSzie，1字节（bSzie为项目所需数据字节数目，bSzie可为1、2、4，注意bSzie不可为3）

　（Page ID）0x01: 表示该Page为Generalic Desktop Controls（Usage ID 0为保留。ID 1到0x1F为”top level” collection保留，这些ID虽然对于Application不是必须，但可以用于识别通用设备类型）

　　Usage = (usage page:usage ID)：其将数据的操控与它的用途作一对一的对应，所以解读报告后就可以知道每个数据作何种操作。所以“传输的数据”和“操作”只是一事件的两种描述方式。用途是以一个32位卷标（称作usage tag）来表示，高16位称作usage page(用途类页)，低16位称为usage ID(用途识别名)，文件universal serial Bus HID Usage Table完整列出所有的usage pages(用途类页)和usage ID(用途识别名)，使用者必须遵照文件的规范来声明操作的用途。用途卷标只是报告描述符诸多标签的一个，利用这些卷标取可以清楚完整的描述符操作的用途。

　　这里其实说的并不清楚，因为作者有点懒就不细说了，想了解更多的可以百度《圈圈教你玩USB》，这里说的比我好。

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言归正传，我们生成了报文描述符后，保存为.h文件，我对这些报文做了一些很浅显的解析，可能表达不够准确，打开可以看到如下代码所示：

char ReportDescriptor[34] = 
{ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//这里34就是前面建立工程第五点说的，报文描述符大小
    0x06, 0x00, 0xff,              // USAGE_PAGE (Vendor Defined Page 1) 表示一个报文标签之类的用途类页
    0x09, 0x01,                    // USAGE (Vendor Usage 1) 表示一个报告ID标志
    0xa1, 0x01,                    // COLLECTION (Application) 表示应用集合，要以下面最后的0xc0结束它


    0x09, 0x01,                    //   USAGE (Vendor Usage 1)同下同名解析
    0x15, 0x00,                    //   LOGICAL_MINIMUM (0)  同下同名解析
    0x26, 0xff, 0x00,              //   LOGICAL_MAXIMUM (255) 同下同名解析
    0x95, 0x40,                    //   REPORT_COUNT (64)　　同下REPORT_COUNT
    0x75, 0x08,                    //   REPORT_SIZE (8)　　　同下REPORT_SIZE
    0x81, 0x02,                    //   INPUT (Data,Var,Abs)　表示USB要输入数据到PC的功能


    0x09, 0x01,                    //   USAGE (Vendor Usage 1) 每个功能的一个卷标志
    0x15, 0x00,                    //   LOGICAL_MINIMUM (0)    表示每个传输数据限定为0
    0x26, 0xff, 0x00,              //   LOGICAL_MAXIMUM (255)    表示每个传输数据的最大值限定为255
    0x95, 0x40,                    //   REPORT_COUNT (64) 每次接收的数据长度，这里是64位
    0x75, 0x08,                    //   REPORT_SIZE (8)        传输字段的宽度为8bit，表示每个传输的数据范围为0~ffff ffff
    0x91, 0x02,                    //   OUTPUT (Data,Var,Abs) 表示USB设备要接收PC的数据的功能
    0xc0                           // END_COLLECTION　　结束标志
};

　　到这里我们就可以下一步了，打开刚才建立的工程，在 usbd_custom_hid_if.c 文件里，找到 CUSTOM_HID_ReportDesc_FS 这个函数，把刚才生成的报文文件覆盖掉函数里面的文件，代码如下：

/** Usb HID report descriptor. */
__ALIGN_BEGIN static uint8_t CUSTOM_HID_ReportDesc_FS[USBD_CUSTOM_HID_REPORT_DESC_SIZE] __ALIGN_END =
{
    0x06, 0x00, 0xff,              // USAGE_PAGE (Vendor Defined Page 1)
    0x09, 0x01,                    // USAGE (Vendor Usage 1)
    0xa1, 0x01,                    // COLLECTION (Application)
    0x09, 0x01,                    //   USAGE (Vendor Usage 1)
    0x15, 0x00,                    //   LOGICAL_MINIMUM (0)
    0x26, 0xff, 0x00,              //   LOGICAL_MAXIMUM (255)
    0x95, 0x40,                    //   REPORT_COUNT (64)
    0x75, 0x08,                    //   REPORT_SIZE (8)
    0x81, 0x02,                    //   INPUT (Data,Var,Abs)
    0x09, 0x01,                    //   USAGE (Vendor Usage 1)
    0x15, 0x00,                    //   LOGICAL_MINIMUM (0)
    0x26, 0xff, 0x00,              //   LOGICAL_MAXIMUM (255)
    0x95, 0x40,                    //   REPORT_COUNT (64)
    0x75, 0x08,                    //   REPORT_SIZE (8)
    0x91, 0x02,                    //   OUTPUT (Data,Var,Abs)
    0xc0                           // END_COLLECTION
};

然后再修改将usbd_conf.h做对应修改：

　　#define USBD_CUSTOMHID_OUTREPORT_BUF_SIZE 64

　　#define USBD_CUSTOM_HID_REPORT_DESC_SIZE 34

同时修改usbd_customhid.h文件中的发送与接收长度为64

　　#define CUSTOM_HID_EPIN_SIZE 0x40

　　#define CUSTOM_HID_EPOUT_SIZE 0x40

　　到这里基本就算做出一个USB设备了，我们编译下载程序看看。

　　如果电脑显示了这个USB设备，但是有黄色感叹号，说明USB枚举成功，可是驱动安装失败，这时我们可以libusb自带的inf-wizard工具生成USB驱动程序，要怎么安装驱动解决这个问题可以参考驱动安装：https://blog.csdn.net/niepangu/article/details/44984325，驱动安装成功的话，到这里我们就可以看到USB正常列举出来啦，下面我们就可以写USB数据收发代码了。

USB数据传输：参考http://www.stm32cube.com/article/138

　　关于数据传输，HID设备是采用轮询方式传输的，ST默认20ms速度实在不敢恭维，还得要改一下枚举时的声明，同样是usbd_customhid.c文件，

__ALIGN_BEGIN static uint8_t USBD_CUSTOM_HID_CfgDesc[USB_CUSTOM_HID_CONFIG_DESC_SIZ] __ALIGN_END =
{
 ....
 ....

  0x20,          /*bInterval: Polling Interval (20 ms)*/

  /* 34 */

 ....
 ....

  0x20,/* bInterval: Polling Interval (20 ms) */

  /* 41 */
}

这两个地方随心来改，最小可以改到0x01。这就快很多啦。到这里数据传输准备工作就做好了，下面我们先来说一下USB发送:

　　先定义个发送BUFF：

uint8_t send_buf[64] = {//定义一个USB的发送BUFF
                         1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,
                         17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,
                         40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62,63,64};

　　再包括发送函数头文件以及声明一个外部定义：

#include "usbd_customhid.h" //包括发送函数头文件
extern USBD_HandleTypeDef hUsbDeviceFS; //外部声明USB发送函数

　　现在可以在main函数里添加发送代码了，我这里设置按一下按键就发送一次，同时led亮1s：

  while (1)
  {
  　　/* USER CODE BEGIN 3 */
        if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,k1_Pin)==0)
        {    
            //按键消抖
            while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,k1_Pin)==0);
            //点亮指示灯
            HAL_GPIO_WritePin(GPIOE,led1_Pin,GPIO_PIN_RESET);
            //USB发送数据
            USBD_CUSTOM_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS, send_buf, sizeof(send_buf));
　　　　　　 //实际发送到上位机的数据有65个，一个报文ID：0 + 64个send_buf 数据，一共65个数据到上位机
            HAL_Delay(1000);
            //关闭指示灯
            HAL_GPIO_WritePin(GPIOE,led1_Pin,GPIO_PIN_SET);           
        }
  }

发送函数就是这么简单，接下来说接收函数了，接收函数是中断接收的，建立工程时已经默认开启了。下面就说一下USB接收：

　　先在main.c定义个接收BUFF：

unsigned char USB_Recive_Buffer[64]; //USB接收缓存
unsigned char USB_Received_Count = 0;//USB接收数据计数

　　打开usbd_custom_hid_if.c文件，添加外部声明：

extern unsigned char USB_Recive_Buffer[64];
extern unsigned char USB_Received_Count;

　　接着在usbd_custom_hid_if.c文件中找到 static int8_t CUSTOM_HID_OutEvent_FS(uint8_t event_idx, uint8_t state) 函数，当USB接收完数据后，就会进入到这个函数，我们可以在这里添加接收函数，把函数修改如下：

/**
  * @brief  Manage the CUSTOM HID class events
  * @param  event_idx: Event index
  * @param  state: Event state
  * @retval USBD_OK if all operations are OK else USBD_FAIL
  */
//当芯片完成一组数据接收的时候，中断会调用CUSTOM_HID_OutEvent_FS这个回调函数
static int8_t CUSTOM_HID_OutEvent_FS(uint8_t event_idx, uint8_t state)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
     char i;
     HAL_GPIO_TogglePin(GPIOE,led1_Pin);
    
    /*查看接收数据长度
    USB_Received_Count = USBD_GetRxCount( &hUsbDeviceFS,CUSTOM_HID_EPOUT_ADDR );
    printf("USB_Received_Count = %d \r\n",USB_Received_Count);
    
    USB_Received_Count = USBD_GetRxCount( &hUsbDeviceFS,CUSTOM_HID_EPIN_ADDR  );
    printf("USB_Received_Count_in = %d \r\n",USB_Received_Count);
    */
    
  USBD_CUSTOM_HID_HandleTypeDef   *hhid; //定义一个指向USBD_CUSTOM_HID_HandleTypeDef结构体的指针
  hhid = (USBD_CUSTOM_HID_HandleTypeDef*)hUsbDeviceFS.pClassData;//得到USB接收数据的储存地址
    
    for(i=0;i<64;i++) 
    {
        USB_Recive_Buffer[i]=hhid->Report_buf[i];  //把接收到的数据送到自定义的缓存区保存（Report_buf[i]为USB的接收缓存区）
        //printf("USB_Recive_Buffer[%d] = 0x%x \r\n",i,USB_Recive_Buffer[i]); //打印接收到的信息，确认是否正确，调试用
    } 
  return USBD_OK;
  /* USER CODE END 6 */
}

　　这样就 USB_Recive_Buffer[i] 里面就保存到接收到的数据了，用Bus Hound可以看到已经成功啦。

补充：上位机USB通信部分：https://www.cnblogs.com/xingboy/p/9816234.html 这里的上位机是用C#编写的窗体程序