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STM32的USB接口介绍

news 文章来源：https://blog.csdn.net/qq_38072731/article/details/140986805 2025/5/14 11:44:37

STM32 USB接口是STM32微控制器系列中集成的一种通信接口，它允许STM32微控制器与外部设备或计算机进行高速的数据传输和通信。以下是STM32 USB接口的简要介绍：

1. 接口类型

STM32的USB接口通常支持USB 2.0标准，部分高端型号可能还支持USB 3.0或更高版本。根据STM32的USB IP模块不同，USB接口可以分为低速（Low-Speed）、全速（Full-Speed, FS）、高速（High-Speed, HS）或超高速（SuperSpeed, SS）四种类型。其中，全速USB的传输速率为12Mbps，高速USB的传输速率为480Mbps，而超高速USB（如USB 3.0）的传输速率则更高。

2. 角色模式

STM32的USB接口可以工作在多种角色模式下，包括：

设备模式（Device Mode）：STM32作为USB设备，与USB主机（如电脑）进行通信。在这种模式下，STM32响应主机的命令和数据请求，进行数据传输。
主机模式（Host Mode）：STM32作为USB主机，管理并控制一个或多个USB设备。在这种模式下，STM32可以主动发起数据传输请求，控制USB设备的操作。
OTG模式（On-The-Go Mode）：STM32同时支持设备模式和主机模式，可以在两种模式之间动态切换。OTG模式通过检测USB ID引脚的电平来确定当前的角色，从而灵活地适应不同的应用场景。

3. 主要特性

STM32的USB模块具有一系列丰富的特性，这些特性可以大致分为通用特性、主机模式特性和从机模式特性。以下是这三种特性的详细解析：

3.1通用特性

符合USB标准：经USB-IF认证，符合通用串行总线规范第2.0版。
OTG协议支持：集成全速PHY，并完全支持定义在标准规范OTG补充第1.3版中的OTG协议。
A-B器件识别：支持通过ID线识别USB设备的A端（主机）或B端（设备）。
协议支持：支持主机协商协议（HNP）和会话请求协议（SRP），允许设备在没有主机的情况下进行数据传输。
电源管理：允许主机关闭VBUS以在OTG应用中节省电池电量，并支持通过内部比较器对VBUS电平进行监控。
角色动态切换：支持主机到从机的角色动态切换，可通过软件配置为不同的角色，如具有SRP功能的USB FS从机（B器件）、具有SRP功能的USB FS/LS主机（A器件）或USB On-The-Go全速双角色设备。
帧和令牌支持：支持FS SOF（帧开始令牌）和LS Keep-alive令牌，SOF脉冲可通过PAD输出，也可从内部连接到定时器（如TIM2）。
省电功能：在USB挂起期间能够停止系统、关闭数字模块时钟，并对PHY和DFIFO电源进行管理。
高级FIFO控制：具有1.25 KB的专用RAM，采用高级FIFO控制，支持灵活有效的RAM使用，如动态分配存储区、FIFO大小可配置为非2的幂次方值等。

3.2主机模式特性

VBUS电压生成：通过外部电荷泵生成VBUS电压。
多通道支持：多达8个主机通道（管道），每个通道都可以动态实现重新配置，支持任何类型的USB传输。
硬件调度器：内置硬件调度器，可在周期性硬件队列中存储多达8个中断加同步传输请求，在非周期性硬件队列中存储多达8个控制加批量传输请求。
FIFO管理：管理一个共享RX FIFO、一个周期性TX FIFO和一个非周期性TX FIFO，以有效使用USB数据RAM。

3.3从机模式特性

端点配置：具有1个双向控制端点0，3个IN端点（EP），可配置为支持批量传输、中断传输或同步传输，以及3个OUT端点（EP），同样可配置为支持这些传输类型。
FIFO管理：管理一个共享Rx FIFO和一个Tx-OUT FIFO，以高效使用USB数据RAM。同时，管理多达4个专用Tx-IN FIFO（分别用于每个使能的IN EP），以降低应用程序负荷并支持软断开功能。

4.功能特性

STM32 USB接口具有多种功能特性，包括：

即插即用和热插拔：支持USB设备的即插即用和热插拔功能，方便用户随时连接和断开设备。
多种传输类型：支持控制传输、中断传输、块传输和等时传输等四种传输类型，以满足不同应用的需求。
固件升级和调试：通过USB接口，可以方便地进行STM32的固件升级和调试，提高开发效率。
电源管理：部分STM32型号还支持USB电源管理功能，可以通过USB接口为设备供电或进行电池充电。

5.工作原理

USB2.0 使用四根线：VCC（5V）、GND、D+(3.3V)和 D-(3.3V) (注：五线模式多了一个DI 脚用于支持 OTG 模式，OTG 为 USB 主机+USB 设备双重角色)
在 USB 主机上，D-和 D+都接 15K 的电阻到地，在没有设备接入的时候，D+、D-均是低电平。在 USB 设备中，如果是高速设备，则在D+上接一个1.5K的电阻到 3.3V，如果是低速设备，则在 D-上接一个1.5K 的电阻到 3.3V。当设备接入主机时，主机就可以判断是否有设备接入，并能判断设备是高速设备还是低速设备。
STM32F429通过AHB总线访问（AHB频率必须大14.2Mhz），USB OTG 的内核时钟必须是 48Mhz，来自时钟树里面的 PLL48CK（和 SDIO 共用），我们一般使用 180Mhz 的主频，而 USB 需要 48Mhz 的时钟频率，无法从 180Mhz 进行整数分频得到，因此，我们需要将STM32F429 的主频，提升到 192Mhz，这样经过 4 分频，就可以得到 48Mhz 的 USB 时钟频率。

6.USB_OTG库

ST 提供了我们一个完整的 USB OTG 驱动库（包括主机和设备），通过这个库，我们可以很方便的实现我们所要的功能，而不需要详细了解 USB 的整个驱动，大大缩短了我们的开发时间和精力，ST 提供的 USB OTG 库，可以在:http://www.stmcu.org/document/list/index/category-523 这里下载到（STSW-STM32046）。

1.USB_OTG库

2.USB_OTG例程

3.移植注意

移植完成后，项目如下图所示：

使用 USB OTG FS，必须在 MDK 编译器的全局宏定义里面，添加宏定义：USE_USB_FS
通过修改 usbd_conf.h 里面的 MSC_MEDIA_PACKET 定义值大小，可以一定程度提高USB 读写速度（越大越快）。通过修改：STORAGE_LUN_NBR 宏定义的值为 2，可以支持 3 个磁盘
官方例程在 2 个或以上磁盘支持的时候，存在 bug，需要修改 usbd_msc.h 里面USBD_MSC_BOT_HandleTypeDef 结构体的 scsi_blk_nbr 参数，将其改为数组形式：uint32_t scsi_blk_nbr[STORAGE_LUN_NBR]；数组大小由 STORAGE_LUN_NBR 指定，修改该参数后，相应的有一些函数要做修改，参考本例程源码。
修改 usbd_msc_bot.c 里面修改 MSC_BOT_CBW_Decode 函数，将 hmsc->cbw.bLUN > 1 改为：hmsc->cbw.bLUN > STORAGE_LUN_NBR，以支持多个磁盘