STM32 OTG_FS/HS模块

Size: px

Start display at page:

Download "STM32 OTG_FS/HS模块"

徘习
4 years ago
Views:

1 OTG 模块作为 USB 主机

2 作为 USB 主机的四种情形 OTG A 主机 OTG A 器件 ( 连接的是 A-side 电缆 ) 的默认状态, 即插上 A-side 电缆时的状态 OTG B 主机 OTG B 器件 ( 连接的是 B-side 电缆 ) 在 HNP 之后把角色切换成 USB 主机 A 器件连接的是 A-side 电缆,HNPCAP 位被清零 ( 角色不会变动了 ) DP/DM 线集成的下拉自动使能仅作为 USB 主机 FHMOD 被置位, 强制处于 USB 主机角色此时是否有 ID 信号都无所谓, 被忽略 DP/DM 线集成的下拉自动使能 OTG A 主机 A 器件仅作为 USB 主机, 三种情况下需要负责提供 5V

标准 A 连接器 OTG_FS 模块作为 host only 的连接芯片不支持 5V 输出,

; 此时,VBUS 被默认永远有效 (5V) GPIO GPIO+IRQ 限流 5V 电源

3 标准 A 连接器 OTG_FS 模块作为 host only 的连接芯片不支持 5V 输出, 因此需要外部电源给 Vbus 提供 5V 由 GPIO 控制电压输出, 由 GPIO 检测过流以在发送过流时切断供电 PA9 用以监测 VBUS 的供电使能 HNP 和 SRP 时必须连接 Vbus 取消该监控时 (NOVBUSSENS),PA9 可用作普通 I/O 口 ; 此时,VBUS 被默认永远有效 (5V) GPIO GPIO+IRQ 限流 5V 电源 F2/F4 PA9 PA11 PA12 VSS 虚线表示 optional 的连接 VBUS DM DP GND

给端口供电 USB 主机的若干状态通过 GPIO 控制外部 charge pump 给 Vbus 供电, 还必须设置 PPWR@OTG_FS_HPRT 取消 Vbus 供电时, 也必需清除 PPWR 有效的总线电压 HNP 或 SRP 使能时,PA9 必须作为 Vbus 输入监测在电压意外掉下去时 ( 低于 4.

4 给端口供电 USB 主机的若干状态通过 GPIO 控制外部 charge pump 给 Vbus 供电, 还必须设置取消 Vbus 供电时, 也必需清除 PPWR 有效的总线电压 HNP 或 SRP 使能时,PA9 必须作为 Vbus 输入监测在电压意外掉下去时 ( 低于 4.25V) 可触发中断中断标志 :SEDET@GOTGINT, application 必需关掉 Vbus, 并且清除端口供电位 PPWR HNP 和 SRP 都未使能时,PA9 不用连到 Vbus, 而可作为 GPIO 使用电压泵的过流输出可通过 MCU 上的任意空闲 GPIO 来告知主机, 并产生相应中断这种情况下,application 也必需关掉 Vbus, 并且清除端口供电位 PPWR 设备断开和连上设备断开 : 触发中断 :HPRTINT@GINTSTS, 表示 FS 端口有状态变化了, 软件需要查看 HPRT 来确定发送了什么具体事件 ( PCDET@HPRT ) 设备断开 : DISCINT@GINTSTS

主机等待设备插入去抖完成, 表示总线再次稳定 DBCDNE@GOTGINT( 只对主机模式有效 ) 该位只在 HNPCAP 或 SRPCAP@GUSBCFG 置位是才有效发送 USB 复位信号置位 PRST@HPRT 并保持至少 10ms, 不超过 20ms 后再复位该位复位序列完成后, 触发主机中断 PENCHNG@HPRT( 该位是 rc_wq) 以此告知设备的速度已经获取, 并可从

5 主机等待设备插入去抖完成, 表示总线再次稳定只对主机模式有效 ) 该位只在 HNPCAP 或 SRPCAP@GUSBCFG 置位是才有效发送 USB 复位信号置位 PRST@HPRT 并保持至少 10ms, 不超过 20ms 后再复位该位复位序列完成后, 触发主机中断 PENCHNG@HPRT( 该位是 rc_wq) 以此告知设备的速度已经获取, 并可从 PSPD@HPRT 读取主机开始发送 SOF 或者 Keep alives 主机可以开始对设备发送枚举命令主机状态 : 枚举 OTG_FS_HPRT bit5 POC CHNG Interrupt 端口过流变化 Bit4 变化会置位该位 Bit4 POC A r 端口是否过流 Bit3 PEN CHNG Interrupt 端口使能变化 Bit2 变化会置位该位 Bit2 PEN A r 端口是否使能

6 主机状态 : 挂起主机可以通过控制位来停止发送 SOF, 把总线挂起控制位 :PSUSP@HPRT 总线的挂起状态可以通过主机发起退出应用置位 PRES@HPRT 来使得主机发送 resume 信号应用需要掌控 resume 的时间, 然后再复位 PRES 位总线的挂起状态也可由设备发起而退出设备发出远程唤醒信号主机检测到后, 触发 WKUPINT@GINTSTS 中断硬件自动置位 PRES@HPRT 来自动发送 resume 信号应用需要掌控 resume 的时间, 然后手动复位 PRES 位

7 唤醒 STOP 模式下的 USB 主机 STM32F105/107 或者 STM32F2/F4 作为 USB 主机时, 平时处于 STOP 模式 Case1: 如何能够通过设备的插入唤醒主机当 FS/HS 设备连上主机后, 主机端的 D+(PA11) 会有个上升沿 ; 可使能 EXTI12 的上升沿检测 : 一旦设备插入,EXTI12 把 MCU 从 STOP 模式唤醒注意 :EXTI 不是 AF 管辖范围内, 任何 AF 功能都可以附加上 EXTI 功能 ~~~ Case2: 如何能够通过一直连在其上的设备唤醒主机设备通过 remote wakeup 机制在总线发起 Resume 信号来唤醒 USB 总线, 会触发主机的 EXTI18 中断 (OTG_FS_WKUP_IRQ)

8 主机通道及相关寄存器 OTG_FS 模块有 8 个主机通道每个通道有各自的通道控制传输配置状态 / 中断掩码寄存器通道属性寄存器 :HCCHARx 通道 enable/disable 与该通道所连接的 USB 设备的速度 FS/LS 与该通道所连接的 USB 设备的地址与该通道所连接的 USB 设备上的端点号通道传输方向 IN/OUT 通道传输类型 CTL/BLK/INT/ISO 通道最大包长 MPS 黄色位 : 只针对周期传输 (INT ISO) 有效该通道的静态属性

9 通道传输配置寄存器 :HCTSIZx 应用在此配置传输参数, 完成后才能 enable 该通道 ( 前页 ) 一旦传输开始, 应用可在此读取传输状态通道状态 / 中断寄存器 :HCINTx 硬件首先置位 HCINT@GINTSTS 应用读取 HCAINT 来获知到底哪个通道的事件触发了中断然后应用再读取 HCINTx 才能确定具体发生了些什么事件主机通道及相关寄存器 1 此次传输字节数 2 此次传输有多少个数据包 3 此次传输的初始数据 PID XFRSIZ: OUT 传输主机要发送的字节数 IN 传输应用为接收数据预留的空间, 设置成 MPZ 的整数倍 Transfer 完成通道 disable( 可由 transfer 完成 transaction 出错, 来自应用的 disable 命令导致 ) 如果是 IN 方向通道 : 相关发送 FIFO 半空或者全空收到 ACK 收到 NAK 收到 STALL USB transaction 出错 ( 可由 CRC 失败超时比特填充错误 EOP 导致 ) Babble 错误 ;Frame 溢出错误数据 toggle 错误

10 主机调度器主机内核集成一个硬件调度器, 对来自应用的 USB 传输请求进行自动排序和管理每个 frame 中, 先处理周期传输 (ISO INT); 再处理非周期传输 (CTL BULK) 调度器通过请求队列处理 USB 传输请求一个周期传输请求队列一个非周期传输请求队列每个队列可包含 8 个 entry, 对应每个请求所对应的通道号码, 和传输相应参数队列中各个传输请求的顺序, 就是这些传输出现在总线上的顺序若当前 frame 结束之前 host 还没有完成计划在当前 frame 处理的周期, 则触发中断 IPXFR@GINTSTS 应用读取每个请求队列的状态, 只读寄存器非 / 周期传输发送 FIFO 和队列状态寄存器 : HNPTXSTS / HPTXSTS NP TQX SAV: 非周期传输请求队列中还有几个空的 entry( 应用发请求之前必须先查它 ) NP TXF SAV: 如果要发起 OUT 传输, 非周期发送 FIFO 中有几个空闲 word NP TXQ TOP: 非周期传输队列顶部正被 MAC 处理的那个 entry 中的内容通道号 IN/OUT 令牌 0 长度数据包通道挂起命令是否是最后一个 entry

11 作为 USB 主机时的 FIFO 架构 FIFO 深度 FIFO 起始地址 FIFO 深度 FIFO 起始地址 FIFO 深度

12 主机 FIFO 的使用 (1) 接收 FIFO 非周期发送 FIFO 周期发送 FIFO 共性 FIFO 始址和大小的配置 FIFO 当前状态的查看 GRXFSIZ >> 接收 FIFO 始址固定是 0 HNPTXFSIZ >> FIFO 起始地址 >> FIFO 大小 >> 和 EP0 的发送 FIFO 尺寸寄存器复用 HPTXFSIZ >> FIFO 起始地址 >> FIFO 大小 GRXSTSP >> 收到的数据包状态 >> 收到的数据包 PID >> 收到的数据包字节数 >> 收到的数据包的目标通道 HNPTXSTS >> 非周期发送请求队列 >> FIFO 空闲空间 0 全满 X X 个字可用 (x!=0) HPTXSTS >> 非周期发送请求队列 >> FIFO 空闲空间 0 全满 X X 个字可用 (x!=0) 宽度为 32 位字, 最小容量 64B; 最大容量 1KB FIFO 的使用备注收到的数据包一个挨一个的存放 ; Packet 的状态信息和 data payload 一起存放 ; 只要 RX FIFO 中有数据就不断产生非空中断 RXFLVL@GINTSTS 该缓存区用于存放发送 packet 中的数据负载 ; 只要 TX FIFO 半空或全空就会触发 TX FIFO 空中断 :(N)PTXFE@GINTSTS; 只有 TX FIFO 和请求队列都有空闲位置, 应用才可提前把要发送的数据和请求放进去

13 作为 USB 主机时的 FIFO 分配一共 1.25KB, 即 1280B, 以 32-bit 为单位 320 个 location RX FIFO 接收一个数据包的预留空间最小 size 要是 ( 最大的 MPS/4+1) 个表项, 因为接收包的状态信息也一起存入 FIFO 如果有多个 ISO 通道, 最小 size 要是 [2*( 最大 MPS/4) +1] 个表项每个 transfer complete status TX FIFO 一个表项非周期发送 FIFO 最小 size 要是主机所支持的众多非周期 OUT 通道中最大 MPZ 通常是取两倍的量 ( 一个包在发到 USB 总线的过程中,CPU 可以填入下一个包 ) 周期发送 FIFO 最小 size 要是主机所支持的众多周期 OUT 通道中最大 MPZ 通常是取两倍的量 ( 如果有 ISO 传输的话 )

14 CDC Host Demo. 设置 FIFO 大小 USB_HostInit () HAL_HCD_Init() USBH_LL_Init() USBH_Init() FS OTG RX FIFO 始址 HNPTXF 始址 HPTXF 128-word 512B 0x80 96-word 384B 0xE0 HS OTG 512-word <stm32f4xx_ll_usb.c> 64-word 256B if(usbx == USB_OTG_FS) { /* set Rx FIFO size */ USBx->GRXFSIZ = (uint32_t )0x80; USBx->DIEPTXF0_HNPTXFSIZ = (uint32_t )(((0x60 << 16)& USB_OTG_NPTXFD) 0x80); USBx->HPTXFSIZ = (uint32_t )(((0x40 << 16)& USB_OTG_HPTXFSIZ_PTXFD) 0xE0); } else { /* set Rx FIFO size */.. }

15 主机 FIFO 的使用 (2) 读取通道的 RX FIFO/ 写通道的 TX FIFO >> 这些寄存器, 在设备和主机模式下都可访问 >> 用于对特定端点或者通道的 DFIFO 的读或者写访问 >> 若该通道是 IN 或者该端点是 OUT, 则只能对该 FIFO 执行写操作 Push/Pop 的专用区域 >> 若该通道是 OUT 或者该端点是 IN, 则只能对该 FIFO 执行读操作例如 : 设备 IN EP0/ 主机 OUT 通道 0 的写地址也是设备 OUT EP0/ 主机 IN 通道 0 的读地址

16 void *USB_ReadPacket (*USBx, uint8_t *dest, uint16_t len) { uint32_t i=0; uint32_t count32b = (len + 3) / 4; for ( i = 0; i < count32b; i++, dest += 4 ) 为何是固定 0? 因为接收 FIFO 是共享的! { *( packed uint32_t *)dest = USBx_DFIFO(0); } return ((void *)dest); } 0x1000 0x1000 #define USBx_DFIFO(i) (USBx + USB_OTG_FIFO_BASE + (i) * USB_OTG_FIFO_SIZE) USB_WritePacket (*USBx, uint8_t *src, uint8_t ch_ep_num, uint16_t len, uint8_t dma) { uint32_t count32b= 0, i= 0; if (dma == 0) { count32b = (len + 3) / 4; for (i = 0; i < count32b; i++, src += 4) { USBx_DFIFO(ch_ep_num) = *(( packed uint32_t *)src); } } return HAL_OK; } 0x1000 0x1000 #define USBx_DFIFO(i) (USBx + USB_OTG_FIFO_BASE + (i) * USB_OTG_FIFO_SIZE)

17 位域名 GINTSTS 中适用于主机的中断 31 WKUINT 检测到 Resume/wkup 信号 H D 29 DISCINT 检测到设备从我这个主机断开连接 H 26 PTXFE 周期传输发送 FIFO 空 H 25 HCINT 主机通道事件 H 继续查看 OTG_FS_HAINT 和 OTG_FS_HCINTx 来确定哪个通道上的具体中断 24 HPRTINT 主机端口事件 H 继续查看 OTG_FS_HPRT 来确定具体中断 21 IPXFR/INCOMPISOOUT 周期传输未完成 H / D 5 NPTXFE 非周期传输发送 FIFO 空 H 4 RXFLVL 接收 FIFO 非空 H D 3 SOF 发出 / 检测到 SOF 信号 H D 1 MMIS 角色不匹配中断 H D 0 CMOD 当前角色 H D

18 主机通道中断标志 HCINTx (x=0 7) 位域名备注 HC_IN_IRQ HC_OUT_IRQ 10 DTERR 数据 toggle 错误 9 FRMOR Frame 溢出错误 8 BBERR Babble 错误 X X 7 TXERR 传输错误 >> CRC 校验失败 >> 超时 >> 比特填充错误 >> 假的 EOP 应用需要先读取 OTG_FS_H AINT 来知晓发送中断的是哪个通道 6 NYET Stm32f407xx.h X 5 ACK 发出或者收到 ACK 应答 4 NAK 收到 NAK 应答 3 STALL 收到 STALL 应答 2 AHBERR Stm32f407xx.h 1 CHH 通道 halt 住, 通信非正常中止 >> USB 总线错误 >> 应用主动为之 0 XFRC 传输正确完成 Presentation Title

19 主机端口中断标志 HPRT 位域名 Cube 库中处理 5 P OC CHNG 端口过流标志改变 rc_w1, 可产生中断 Y 4 P OC A 端口过流 r 3 P EN CHNG 端口使能标志改变 rc_w1, 可产生中断 Y 2 P EN A 端口使能 r 1 P C DET 检测到端口有连接 rc_w1, 可产生中断 Y 0 P C STS 端口连接状态 r Presentation Title 27/04/2015

20 主机编程模型.Initialize 通道应用必须初始化通道之后才能和所连设备 ( 的端点 ) 通信在 OTG_FS_GINTMSK 中打开主机通道中断在 OTG_FS_GAINTMSK 中打开所选择的的通道上的中断在 OTG_FS_HCINTMSKx 中打开感兴趣的 transaction 相关的中断在 OTG_FS_HCTSIZx 中设置传输的字节数期望的数据包的个数初始 PID 在 OTG_FS_HCCHARx 中设置该通道所连设备及端点的静态属性

21 Cube 库.Initialize 通道 Middleware/Core <usbh_pipes.c> USBH_OpenPipe (USBH_HandleTypeDef *phost, uint8_t pipe_num, uint8_t epnum, uint8_t dev_address, uint8_t speed, uint8_t ep_type, uint16_t mps) call Application <usbh_conf.c> USBH_LL_OpenPipe (USBH_HandleTypeDef *phost, uint8_t pipe, uint8_t epnum, uint8_t dev_address, uint8_t speed, uint8_t ep_type, uint16_t mps) Driver/STM32F4xx_HAL_Driver <stm32f4xx_ll_usb.c> USB_HC_Init (USB_OTG_GlobalTypeDef *USBx, uint8_t ch_num, uint8_t epnum, uint8_t dev_address, uint8_t speed, uint8_t ep_type, int16_t mps) Driver/STM32F4xx_HAL_Driver <stm32f4xx_hal_hcd.c> HAL_HCD_HC_Init (HCD_HandleTypeDef *hhcd, uint8_t ch_num, uint8_t epnum, uint8_t dev_address, uint8_t speed, uint8_t ep_type, uint16_t mps)

22 主机编程模型.Halt 通道应用采取以下操作来 Halt 通道 CHDIS=1, OTG_FS_HCCHARx 应用需要等到 CHH@OTG_FS_HCINTx 中断后才能再次为传输分配通道主机会把传输请求队列清空, 并产生通道 halt 中断已经在 USB 总线上开始的 transaction 不会被中断 Halt 通道之前, 程序必须保证传输请求队列中至少有一个空闲 entry 如果队列是满, 则可以通过 CHDIS=1, CHENA=0 清空队列以下情形下, 应用需要 halt 通道通道上收到 STALL 回复中断和各种错误中断 (TXERR/BBERR/DTERR) 检测到设备断开, 应用必须 halt 掉所有之前使能的通道说明这就是 host stack 在检测到设备断开后, 调用 USBH_CDC_InterfaceDeInit() 当应用想在传输正常结束前中止传输

23 CHENA CHDIS 清空队列 0 1 Halt 通道 1 1 使能通道 1 0 Cube 库.Halt 通道 Middleware/Core <usbh_pipes.c> USBH_ClosePipe (USBH_HandleTypeDef *phost, uint8_t pipe_num) call Application <usbh_conf.c> USBH_LL_ClosePipe (USBH_HandleTypeDef *phost, uint8_t pipe) Driver/STM32F4xx_HAL_Driver <stm32f4xx_ll_usb.c> USB_HC_Halt (USB_OTG_GlobalTypeDef *USBx, uint8_t ch_num) Driver/STM32F4xx_HAL_Driver <stm32f4xx_hal_hcd.c> HAL_HCD_HC_Halt (HCD_HandleTypeDef *hhcd, uint8_t ch_num) Driver/STM32F4xx_HAL_Driver <stm32f4xx_hal_hcd.c> HCD_HC_OUT_IRQHandler (*hhcd, ch_num) HCD_HC_IN_IRQHandler (*hhcd, ch_num)

24 主机编程模型. 开启一次 OUT 传输 USB_HC_Init () USB_HC_StartXfer () USB_WritePacket () 应用要发送数据? 是传输请求队列中有空闲空间? 是是 TXFIFO 有足够空余空间是往 TXFIFO 中写数据还需要发送? 否否否传输完成中断

25 主机编程模型. 开启一次 IN 传输 USB_HC_Init () USB_HC_StartXfer () 应用要发送数据? 是传输请求队列中有空闲空间? 是否 RXFLV 中断? HCD_RXQLVL_IRQHandler () 是从 RXFIFO 中读数据 USB_ReadPacket () 是还需要发送? 否传输完成中断

26 主机编程模型. 读接收 FIFO 应用收到接收 FIFO 非空中断 HCD_RXQLVL_IRQHandler () 读取 GRXSTSP 是 IN 数据包?PKSTS=0010 非 0 数据包?BCNT>0 从接收 FIFO 中读取数据 USB_ReadPacket()

27 典型硬件连接 OTG 作为主机的使用小结主机状态端口供电总线电压有效枚举, 挂起主机通道即相关寄存器通道静态属性配置, 动态传输配置主机调度器 : 传输请求队列主机 FIFO 的使用主机中断主机编程模型通道的初始化和挂起主机如何进行 OUT 传输主机如何进行 IN 传输

STM32 OTG_FS/HS模块

STM32 OTG_FS/HS模块 OTG 模块作为 USB 设备 Presentation Title 22/07/2015 作为 USB 设备的四种情形 OTG B 设备 OTG B 器件 ( 连接的是 B-side 电缆 ) 的默认状态, 即插上 B-side 电缆时的状态 OTG A 设备 OTG A 器件 ( 连接的是 A-side 电缆 ) 在 HNP 之后把角色切换成 USB 设备 B 器件连接的是 B-side 电缆,HNPCAP