LPC1114/LPC11U14和LPC1343对比学习（八）USB

这3种芯片的功能非常多，到此基本上我们已经介绍完成，只有AD、WDT等没有介绍，鉴于其难度不大这方面的内容就不再说明。下面将进行终极篇的学习----USB学习，由于USB难度非常大，这一贴可能会编写很长时间，这里将主要学习HID的应用。

LPC1114没有USB功能，所以这里只能针对LPC1343和LPC11U14进行说明。对于这两种有USB功能的芯片其还是区别，LPC1343内部集成了USB驱动，而LPC11U14没有此功能，所以LPC1343USB开发比较简单一点，价格也要贵一点。为了编写出通用的USB驱动代码，这里将先对LPC11U14 USB进行学习，之后在移植到LPC1343。

鉴于USB开发难度，这里将不会从零开始开发USB驱动，我们将对NXP设计的USB驱动进行学习，并改进成一个自定义的HID，应用在自己的项目中。

USB HID(NXP原厂代码).rar

对于USB的硬件设计非常简单，具体设计如下图所示：

1. 除了连接好USB的两路差分信号线外，还必须连接好电源，对于P0_3是非常重要，不管是否使用USB电源供电，此管脚必须接高电平，否则无法设别USB设备。而且，如果要应用USB ISP功能，此管脚也必须接高电平。

2. P0_6管脚为软件连接端口，可以通过此管脚连接或断开USB设备。

3. 全速和高速设备的上拉电阻接在D+端，而低速设备是接在D-端的。

4. USB设备取电：在设备没有配置之前最多只能从Vbus上获取100mA电流，电流的大小是由设备配置的，配置后最多可获取500mA电流。

USB基础知识：

1. 在USB1.0和USB1.1中只支持1.5M/s的低速模式和12M/s的全速模式，在USB2.0中又加入了480M/b的高速模式，而在USB3.0中速度到达5GB/s。

2. USB集成器只能扩展USB接口，而能扩展带宽，一个主控制器的带宽是固定的。

3. 在USB1.1中集成器最多4层，USB2.0中最多6层。

4. 低速和全速模式下采用电压差分传输信号，在高速模式下，采用电流传输。

5. USB采用NRZI编码方式，0数据电平翻转，1数据电平不翻转。

USB的描述符应该是USB开发主重要的部分，如果能够正确的配置好描述符，USB开发就完成了一半了。

描述符：

对于HID设备的描述除了5个USB的标准描述：设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符、字符串描述符。

HID设备还有3个特点描述符：HID描述符、报告描述符、实体描述符。

在5个标准描述符中与HID设备有关的部分有：

1. 设备描述符中bDeviceClass、bDeviceSubClass、bDeviceProtocol三个字段的值必须为零。

2. 接口描述符中bInterfaceClass的值必须为0x03，bInterfaceSubClass的值为1时表示Boot Device，即表示HID是一个启动设备。

面的描述符之间有一定的关系，一个设备只有一个设备描述符，而一个设备描述符可以包含多个配置描述符，而一个配置描述符可以包含多个接口描述符，一个接口使用了几个端点，就有几个端点描述符。这间描述符是用一定的字段构成的，分别如下说明：

报表描述符

报表描述符定义了执行设备功能的数据格式和使用方法。

报表描述符和USB的其他描述符是不一样的，它不是一个简单的表格，报表描述符是USB所有描述符中最复杂的。报表描述符非常复杂而有弹性，因为它需要处理各种用途的设备。报表的数据必须以简洁的格式来储存，这样才不会浪费设备内的储存空间以及数据传输时的总线时间。

实际上可以这样理解，报表内容的简洁，是通过报表描述符全面的、复杂的数据描述实现的。

报表描述符必须先描述数据的大小与内容。报表描述符的内容与大小因设备的不同而不同，在进行报表传输之前，主机必须先请求设备的报表描述符，只有得到了报表描述符才可正确解析报表的数据。

报表描述符是报表描述项目（Item）的集合，每一个描述项目都有相对统一的数据结构，项目很多，通过编码实现。

在HID的8种描述符中，最为重要而且复杂的应该是报表描述符，其定义了数据的存储格式和实际意义。如果能够正确的理解报表描述符，那么对数据的处理就能达到应用自如了，所以在设计描述符的时候，一定好多话费时间来理解和编写这一部分的内容。特别要主要以下几点：

1. 输入输出等项使用的数据必须是整数字节，如果没有完全使用到，也必须通过说明来补齐。

2.主要报表的三种项的应用及使用范围。

命令请求：

HID设备类特定的命令有6个：Get_Report、Get_Idle、Get_Protocol、Set_Report、Set_Idle、Set_Protocol。

通过近段时间来对NXP的HID例程的学习，对其有了个大致的了解，USB一个包含以下几个文件：

1. hid.h文件对HID协议中使用到的各种描述符、字段等进行了全面的描述和定义，在需要更改其他应用时，只需要选择相应的宏就可以，非常清晰明确。

2.hiduser.c/hiduser.h文件对HID中需要使用到的6中设备命令请求函数进行了编写描述。

3.usb.h文件对USB标准中需要使用的报告和描述符进行全面的定义。

4.usbcfg.h文件对USB中应用到的电源、端点、接口、缓冲等进行配置说明，完全可以根据自己的需要来配置USB。

5.usbcore.c/usbcore.h文件是USB协议内核文件，是各种USB开发必备文件，完成了USB的核心内容，也是USB开发的难点和重点。

6.usbdesc.c/usbdesc.h文件为USB各种描述符的实现代码，开发不同的HID设备时，需要在此文件中更改相应描述。

7.usbhw.c/usbhw.h文件实现与USB相关的硬件配置等。

8.usbuser.c/usbuser.h文件实现各种事件和端点的实现代码，根据自己的应用更改端点代码实现USB通信。

在HID开发中，报告描述符是最关键而且最复杂的描述符，因为它没有专门的格式，随意性比较大，但是HID的数据解析完全是依靠此描述符。

下面是NXP例程中的HID的报告描述符：

程序代码都注释了，这里不再详细说明，需要注意中间三段代码：

1. 第一段中定义了一个Input，数据为1位，一共有3个这样是数据；

2. 第二段中定义了一个Input，数据为1位，一共有5个这样是数据，不过需要注意，这里定义的是常量。就是说这里的5个位并没用实际意义，完全是为了补齐一个字节的。这一点要注意，在报告描述符中，必须使用整数字节。

3. 第三段中定义了一个Output，数据为1位，一共有8个这样的数据，也就是说，由8个位组成的一字节输出数。

到此我们不难看出此HID使用的是1字节是输入和1字节是输出，只是在1字节输入数据中，这里只使用了3为。对于其他的描述符这里就不再说明，可以直接对照上面的描述符格式就可以看懂，需要注意HID必须设置的几个字段就行了。

其他描述符：

在这些描述符中我们可以看出设备的具体功能，以及通信使用的端点，缓存等

通过上述对描述符的了解，基本的HID信息我们已经了解，下面就可以编写程序，通过把获取的数据进行验证了，这里我们是通过按键按下给PC发送数据，通过PC发送数据在设备上通过LED显示的。

到此就可以把代码下载到开发板上，并通过实验进行验证了。下面我们采取两种方法：

1.使用周工例程中的HID Client上位机软件，进行验证。

把开发板下载代码后插入PC，通过Device选择我们的“LPC11Uxx USB HID”设备，下面我们可以看出，设备在没有键按下时读取为0x01，当按下键时，读取为0x00。在Outputs中勾选相应的复选框，我们可以看到开发板上相应的LED就别点亮了。

这种方法只是验证本实验是可以的，但是要开发其他USB功能设备就不行了，下面我们介绍一种通用的方法。

2. 使用Bus Hound软件验证，这个软件，刚开始很多人都不会用，这里将详细点。

打开软件，在设备项选择我们的USB设备，如下图

需要注意的是在发送数据时，需要选择USB人体学输入设备，而不是下面的HID-compliant device。如果是双击HID-compliant device弹出的窗口中并没有端点，是不能通信的，应该双击USB人体学输入设备，弹出如下界面：

通过上图，我们可以看出，端点和我们定义的是一样的

下面我们就可以选择端点进行数据通信了，选择需要端点，填写发送数据长度，在下面输入要发送的数据，选择“Run”，就可以把数据发送出去了。之后把软件切换到Capture，可以捕获输入输出数据，如下图。

通过上面的验证，我们可以得知，实验结果和我们想要的是一样的，以后对于多字节的收发，我们就可以通过Bus Hound软件进行验证了。

自定义多字节发送的实现：

下面我们只需要修改几个部分就能实现了。

1. 修改报告描述符：

2. 修改端点描述符：

3. 修改输入输出变量：

4. 修改其他与InReport和OutReport相关的地方。

5. 编写代码实现接收后原样返回。

6. 试验一下：