usb

USB 2.0

USB2.0协议是一种高速串行的通信协议，它采用4线系统，包括D+、D-差分信号线，VBUS和GND地线。

USB2.0协议支持低速（Low Speed）、全速（Full Speed）和高速（High Speed）三种不同的数据传输模式。以下是这三种模式的详细解释：

低速模式（Low Speed）：
- 传输速率：最高可达1.5Mbps。
- 应用场景：主要用于低速设备，如键盘、鼠标等输入设备。
- 特点：功耗低，对数据传输速度要求不高的设备常采用此模式。
全速模式（Full Speed）：
- 传输速率：最高可达12Mbps。
- 应用场景：适用于大多数USB 1.1时代的设备，如早期的U盘、打印机等。
- 特点：相比于低速模式，全速模式提供了更快的数据传输速度，但仍然适用于那些不需要极高传输速度的设备。
高速模式（High Speed）：
- 传输速率：最高可达480Mbps。
- 应用场景：适用于需要高速数据传输的设备，如高清摄像头、外部硬盘等。
- 特点：高速模式极大地提高了数据传输速度，使得USB 2.0能够满足现代设备对高速数据传输的需求。

需要注意的是，虽然USB 2.0协议支持这三种传输模式，但具体设备可能只支持其中的一种或几种模式。此外，USB 2.0还具有向下兼容的特性，即USB 2.0接口可以支持USB 1.1和USB 1.0的设备。

标准请求

标准USB请求（Standard USB Requests）是USB协议中定义的一组通用请求，用于与USB设备通信并控制其操作。这些请求通常由主机发送到设备，设备根据请求的类型和参数执行相应的操作。如下所示：

Offset	Field	Size	Description
0	bmRequestType	1	请求类型，包括方向（D7）、类型（D6-D5）和接收者（D4-D0）。
1	bRequest	1	请求代码，标识具体要执行的操作。
2	wValue	2	请求的特定值或参数，其意义取决于请求代码。
4	wIndex	2	索引或选择符，用于标识特定的接口、端点或其他资源。
6	wLength	2	期望从设备接收的数据长度（对于IN方向请求）或发送到设备的数据长度（对于OUT方向请求）。

设备描述符

USB设备描述符是USB协议中用于描述USB设备特性和属性的数据结构。如下表所示：

Offset	Field	Size	Value	Description
0	bLength	1	0x12	描述符的长度，以字节为单位
1	bDescriptorType	1	1	描述符的类型，1表示设备描述符
2	bcdUSB	2	0x0200	USB版本号，此处表示USB 2.0
4	bDeviceClass	1	0x00	设备类别，0x00表示该字段由接口描述符定义
5	bDeviceSubClass	1	0x00	设备子类，0x00表示该字段由接口描述符定义
6	bDeviceProtocol	1	0x00	设备协议，0x00表示该字段由接口描述符定义
7	bMaxPacketSize0	1	64	端点0的最大包大小，以字节为单位
8	idVendor	2	XXXX	厂商ID，由厂商指定
10	idProduct	2	YYYY	产品ID，由厂商指定
12	bcdDevice	2	ZZZZ	设备版本号，由厂商定义
14	iManufacturer	1		厂商字符串描述符的索引值
15	iProduct	1		产品字符串描述符的索引值
16	iSerialNumber	1		序列号字符串描述符的索引值，可选
17	bNumConfigurations	1		支持的配置描述符数量

配置描述符

USB配置描述符用于描述USB设备的配置信息，它包含了设备的配置集合，每个配置可能包括一个或多个接口。如下表所示：

Offset	Field	Size	Value	Description
0	bLength	1	0x09	描述符的长度，以字节为单位。对于配置描述符，通常是9字节（基本配置描述符）加上每个接口描述符的长度。
1	bDescriptorType	1	0x02	描述符类型，对于配置描述符，值为2。
2	wTotalLength	2		配置描述符的总长度，包括所有接口描述符、端点描述符等附加描述符的长度。
4	bNumInterfaces	1		此配置支持的接口数量。一个USB设备可以有一个或多个接口，每个接口对应一种设备功能。
5	bConfigurationValue	1		选择此配置的索引值。当主机选择配置时，会使用这个值。
6	iConfiguration	1		描述此配置的字符串描述符的索引。这个字符串描述符通常包含有关此配置的描述性信息。
7	bmAttributes	1		配置的特性，如是否支持远程唤醒等。
8	MaxPower	1		设备从总线获取的最大电流，以2mA为单位。例如，值50表示设备最大可以从总线获取100mA的电流。

接口描述符

接口描述符提供了关于USB设备中特定接口的信息，每个接口代表设备的一种功能或特性。如下表所示：

Offset	Field	Size	Value	Description
0	bLength	1	9	描述符的长度，以字节为单位，对于接口描述符通常是9字节。
1	bDescriptorType	1	4	描述符类型，对于接口描述符，值为4。
2	bInterfaceNumber	1		接口的编号，用于区分设备的不同接口。
3	bAlternateSetting	1		备用设置的编号。当接口有多个配置时，可以使用不同的备用设置。
4	bNumEndpoints	1		该接口使用的端点数量（不包括端点0）。
5	bInterfaceClass	1		接口的类别代码，用于标识接口的类型或功能。
6	bInterfaceSubClass	1		接口的子类别代码，进一步细分接口的类型或功能。
7	bInterfaceProtocol	1		接口的协议代码，定义接口使用的通信协议或方法。
8	iInterface	1		描述该接口的字符串描述符的索引。这个字符串通常包含接口的描述性信息。

端点描述符

端点描述符提供了关于USB设备中特定端点的信息，端点是数据传输的通道。以下是一个端点描述符的表格展示，按照Offset（偏移量）、Field（字段名）、Size（大小）和Description（描述）进行排列：

Offset	Field	Size	Value	Description
0	bLength	1	7	描述符的长度，以字节为单位，对于端点描述符通常是7字节。
1	bDescriptorType	1	5	描述符类型，对于端点描述符，值为5。
2	bEndpointAddress	1		端点的地址，包括方向和编号。D7表示方向（0为OUT，1为IN），D6-D0为端点编号。
3	bmAttributes	1		端点的属性，如传输类型（控制、中断、批量或同步）。
4	wMaxPacketSize	2	0x0040/0x0100	端点可以处理的最大数据包大小（以字节为单位）。
6	bInterval	1		对于中断类型的端点，这是轮询间隔。对于其他类型的端点，此值通常被忽略。

CDC

vcp

设备描述符，将设备配置为CDC设备。
```c
unsigned char DeviceDescriptor[18] =
{
    0x12, 0x01,
    0x00, 0x02,   // USB2.0
    0x02,       // CDC
    0x02,       //
    0x02,       //

    0x40,       //bMaxPacketSize0

    0x00, 0x00, //idVendor
    0x00, 0x00, //idProduct
    0x00, 0x02, //bcdDevice

    0x01,       //iManufacturer
    0x02,       //iProduct
    0x03,       //iSerialNumber
    0x01        //bNumConfigurations
};

关于配置描述符：

端点3主要用于控制信号
端点1和端点2用于数据传输[TXD/RXD]

#define CONFIG_DESC_SIZE    (9 + 8 + 35 + 23)      //VCP
static unsigned char ConfigurationDescriptor[CONFIG_DESC_SIZE] =
{
    // config
    0x09, 0x02,
    sizeof(ConfigurationDescriptor) & 0xFF,
    (sizeof(ConfigurationDescriptor) >> 8) & 0xFF,
    0x02,
    0x01,
    0x00,
    0x80,
    0x32,

    /*---------------------------------------------------------------------------*/
    // IAD 接口关联描述符
    0x08,        //描述符大小
    0x0B,        //IAD描述符类型
    0x00,        // bFirstInterface
    0x02,        // bInterfaceCount
    0x02,        // bFunctionClass: CDC Class
    0x02,        // bFunctionSubClass
    0x01,        // bFunctionProtocol
    0x00,        // iFunction

    // ------------- CDC --------------
    // Interface Descriptor
    0x09, 0x04,
    0x00,
    0x00,
    0x01, // In
    0x02, // Communication Interface Class
    0x02, // Abstract Control Model
    0x01, // Common AT commands
    0x00,

    /*Header Functional Descriptor*/
    0x05,   /* bLength: Endpoint Descriptor size */
    0x24,   /* bDescriptorType: CS_INTERFACE */
    0x00,   /* bDescriptorSubtype: Header Func Desc */
    0x10,   /* bcdCDC: spec release number */
    0x01,
    /*Call Management Functional Descriptor*/
    0x05,   /* bFunctionLength */
    0x24,   /* bDescriptorType: CS_INTERFACE */
    0x01,   /* bDescriptorSubtype: Call Management Func Desc */
    0x00,   /* bmCapabilities: D0+D1 */
    0x01,   /* bDataInterface: 1 */
    /*ACM Functional Descriptor*/
    0x04,   /* bFunctionLength */
    0x24,   /* bDescriptorType: CS_INTERFACE */
    0x02,   /* bDescriptorSubtype: Abstract Control Management desc */
    0x02,   /* bmCapabilities */
    /*Union Functional Descriptor*/
    0x05,   /* bFunctionLength */
    0x24,   /* bDescriptorType: CS_INTERFACE */
    0x06,   /* bDescriptorSubtype: Union func desc */
    0x00,   /* bMasterInterface: Communication class interface */
    0x01,   /* bSlaveInterface0: Data Class Interface */

    // in_endpoint
    0x07, 0x05,
    0x83,        // bEndpointAddress: (IN3)
    0x03,        // Interrupt
    0x40, 0x00,  //wMaxPacketSize
    0x02,        //bInterval

    /*Data class interface descriptor*/
    0x09, 0x04,
    0x01,   /* bInterfaceNumber: Number of Interface */
    0x00,   /* bAlternateSetting: Alternate setting */
    0x02,   /* bNumEndpoints: Two endpoints used */
    0x0A,   /* bInterfaceClass: CDC */
    0x00,   /* bInterfaceSubClass: */
    0x00,   /* bInterfaceProtocol: */
    0x00,   /* iInterface: */

    0x07, 0x05,
    0x02,   /* bEndpointAddress: (OUT2) */
    0x02,   /* bmAttributes: Bulk */
    0x40, 0x00,
    0x00,   /* bInterval: ignore for Bulk transfer */

    0x07, 0x05,
    0x81,   /* bEndpointAddress: (IN1) */
    0x02,   /* bmAttributes: Bulk */
    0x40, 0x00,
    0x00,    /* bInterval */
};

端点0中端配置，多添加三条指令。

指令	说明
Get Line Coding	读取串口配置
Set Line Coding	设置串口配置
Set Control Line State	设置串口控制信号（如DTR/RTS）

配置格式： 波特率[4B] + 停止位[1B] + 校验位[1B] + 数据位[1B]

// --------------------------------------------------------
//                      VCP
// --------------------------------------------------------
else if((setup_ep0[0] == 0xA1) && (setup_ep0[1] == 0x21))
{
   // Get Line Coding

   // 默认配置波特率为115200, 数据位8, 停止位1, 无校验
   uint8_t vcp_attr[7] = {0x00, 0xC2, 0x01, 0x00, 0x00, 0x00, 0x08};

   // 读取串口配置，如果该函数没读取串口信息，则先用默认配置。
   vcp_get_config(vcp_attr);

   ep0_send(vcp_attr, 7);
}
else if((setup_ep0[0] == 0x21) && (setup_ep0[1] == 0x20))
{
   // Set Line Coding
   // 接收主机发送的线编码信息
   usb_ep0_recv(buff, 64);

   // 根据配置格式解析，并更新UART配置
   vcp_set_config(buff);

   usb_vcp = true;
}
else if((setup_ep0[0] == 0x21) && (setup_ep0[1] == 0x22))
{
   // Set Control Line State

   // 控制DTR/RTS等信号，可以根据实际需求来处理。
   // ep0_send_empty();
}
else if((setup_ep0[0] == 0x21) && (setup_ep0[1] == 0x0a))
{
   usb_ep0_recv(buff, 64);
}

通讯伪代码：

void vcp_uart_handler(void)
{
#if 0
    uart_send(uart_vcp, "*", 1);
    if (uart_get_st(uart_vcp, UART_SR_RNE))
    {
        usb_sbuf[usb_send_idx] = uart_vcp->DR;
        usb_send_idx++;
        
        uart_set_overtime(uart_vcp, 20);
        uart_overtime_enable(uart_vcp, true);
    }
    else if(uart_get_st(uart_vcp, UART_SR_TIMEROUT))
    {
        uart_overtime_enable(uart_vcp, false);
        uart_clr_st(uart_vcp, UART_SR_TIMEROUT);
        
        usb_slen = usb_send_idx;
        usb_send_idx = 0;
        
        uart_recv_complete = true;
    }
#else
    if (uart_get_st(uart_vcp, UART_SR_RNE))
    {
        LED2_ON();
        
        uart_dma_recv(uart_vcp, uart_usb_rbuf, UART_MAX_SIZE, dmax, 0);
        
        uart_set_overtime(uart_vcp, 20);
        uart_overtime_enable(uart_vcp, true);
    }
    else if(uart_get_st(uart_vcp, UART_SR_TIMEROUT))
    {
        uart_clr_st(uart_vcp, UART_SR_TIMEROUT);
        uart_overtime_enable(uart_vcp, false);
        
        uart_len = dma_valid_len(dmax, 0, UART_MAX_SIZE);
        dma_enable(dmax, 0, false);
        
        uart_recv_complete = true;
        
        LED2_OFF();
    }
#endif
}

void usb_vcp_demo(void)
{
    uint32_t length = 0;
    usb_app_init();
    
    usb_recv_start(EP_RECV);
    while(1)
    {
        if(usb_vcp == true)
        {
            if(usb_recv_flag(EP_RECV) == true)
            {
                LED1_ON();
                if(usb_recv_idx + 64 > VCP_BUF_SIZE_MAX)
                {
                    usb_recv_idx = 0;
                }
                length = usb_recv(EP_RECV, &usb_rbuf[usb_recv_idx]);
                
                uart_dma_send(uart_vcp, usb_rbuf + usb_recv_idx, length, dmax, 1);
                dma_wait(dmax, 1);
                
                usb_recv_idx += 64;
                LED1_OFF();
            }
            
            if(uart_recv_complete == true)
            {
                uart_recv_complete = false;
                
                usb_ep1_send(usb_sbuf, usb_slen);
            }
        }
    }
}