灵动微课堂｜基于MM32F0163D7P的USB接口TinyUSB应用：移植和新增设备(一)

1. TinyUSB基本介绍

TinyUSB是一个用于嵌入式系统的开源的跨平台USB协议栈，协议栈中包含了主机端及设备端的协议栈，由于不使用动态内存分配以及采用阻塞所有中断事件，在非ISR任务功能中处理中断事件的设计方式，所以此协议栈的内存安全性及线程安全性极高。

源码是托管在GitHub上面，地址是：https://github.com/hathach/tinyusb。

2. TinyUSB基本移植介绍

MM32已基于TinyUSB开发完成相应的参考例程，并可以给客户提供参考，本次我们介绍的移植将基于此基础上进行。将TinyUSB从GitHub上克隆到本地，可以得到如下内容：

图1 TinyUSB源码

移植TinyUSB到MM32F0160需要添加如下文件：

属于工程专用文件：

usb_descriptors.c

usb_dcd_port.c

tusb_config.h

usb_descriptors.h

属于库内文件：

tusb.c

usbd.c

usbd_control.c

*_device.c

tusb_fifo.c

将src 整个文件夹copy替换到例程components目录下的src。

将tinyusb 目录下example下的对应文件，以device uac2_headset为例，将tinyusb\examples\device\uac2_headset\src 四个文件copy到例程user文件夹里面。

图2 源码的device文件

图3 用户工程文件

USB时钟频率是48MHz，HSE可以经过PLL倍频到48MHz或96MHz，然后经过分频到48MHz，注意需要使用外部晶振，如果使用内部时钟HSI，需要使能时钟回馈系统CRS功能。

在main.c 增加USB时钟配置函数void USB_DeviceClockInit(void)，同时将board_init();替换成usb时钟初始化函数，主频配置96MHz，USB选择PLL1输入二分频到USB。

有使用TU_LOG做串口输出，可以使能CFG_TUSB_DEBUG为需要的输出等级，同时将

#define tu_printf    printf

改到串口输出，Keil Options->Target 勾选Use MicroLIB，并实现重定向函数。

//------------- clock initial -------------//
void USB_DeviceClockInit(void)         //HSE 96M
{
    /* Select USBCLK source */
    RCC->CFGR &= ~(1 << 19);           //USB CLK SEL PLL1

    RCC->CFGR &= ~(0x03 << 22);
    RCC->CFGR |= 0x01 << 22;

    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBENR_USB, ENABLE);
}

//------------- MAIN -------------//
int main(void)
{
    USB_DeviceClockInit();             //board_init();

    CONSOLE_Init(460800);              //enable printf debug

    //init device stack on configured roothub port
    tud_init(BOARD_TUD_RHPORT);

    TU_LOG1("Headset running\r\n"); //CFG_TUSB_DEBUG for debugging #if CFG_TUSB_DEBUG

    //0 : no debug
    //1 : print error
    //2 : print warning
    //3 : print info
    while (1)
    {
        tud_task();                    //tinyusb device task
        led_blinking_task();
        audio_task();
    }
}

添加tud_dcd_port.c 接口函数文件，Keil下Options C/C++勾选C99和GNU externsions（tud_dcd_port.c 文件可以参考现有例程或者联系灵动技术支持）。

图4 工程设置

移植修改其他设备基本流程和上述一致，将tinyusb 目录example\device\里面将想要修改的设备src文件夹里面四个文件copy到例程user文件夹里面替换。

3. 修改一个uac2_headset Device设备

在克隆下来的的文件夹examples\device里面找到需要修改的device设备，本次修改uac2_headset。将里面的文件都copy到工程USER目录里面，然后Keil工程按如下文件树添加对应文件。

图5 uac2_headset设备描述符文件

文件树：

1.TinyUSB_UAC

2.    │

3.    ├─USER

4.    │       main.c

5.    │       usb_descriptors.c

6.    │       usb_dcd_port.c

7.    │  

8.    └─TinyUSB

9.            tusb.c

10.            audio_device.c

11.            tud_fifo.c

12.            usbd.c

13.            usb_control.c

在tusb_config.h文件里面CLASS将对应的设备define改成1 ( #define CFG_TUD_AUDIO 1 ) ，使能AUDIO设备。

//------------- CLASS -------------//
#define CFG_TUD_CDC               0
#define CFG_TUD_MSC               0
#define CFG_TUD_HID               0
#define CFG_TUD_MIDI              0
#define CFG_TUD_AUDIO             1
#define CFG_TUD_VENDOR            0

按照前面的移植步骤，只需要修改main.c 里面的时钟初始化部分即可，其他的device设备修改流程一致。

4. 新增一个设备变成复合设备

USB设备主要四个描述符，分别是设备描述符(Device Descriptors)，配置描述符(Configuration Descriptor)，报告描述符(Configuration Descriptor)和字符描述符(String Descriptors)。

添加复合设备device文件，本例程在上述3（修改一个uac2_headset Device设备）例程的基础上增加一个HID设备变成复合设备，首先将工程目录下的components\tinyusb\src\class\hid\hid_device.c文件添加到工程。

图6 源码HID设备参考文件

图7 添加device文件

在tusb_config.h 文件里面 CLASS 使能HID宏，本例程是复合设备(Audio+HID)所以两个宏都为1。

//------------- CLASS -------------//
#define CFG_TUD_CDC               0
#define CFG_TUD_MSC               0
#define CFG_TUD_HID               1
#define CFG_TUD_MIDI              0
#define CFG_TUD_AUDIO             1
#define CFG_TUD_VENDOR            0

在usb_descriptors.c 文件里面添加HID的描述符，增加HID Report Descriptor相关函数。

//--------------------------------------------------------------------+
//HID Report Descriptor
//--------------------------------------------------------------------+
uint8_t const desc_hid_report[] =
{
    TUD_HID_REPORT_DESC_GENERIC_INOUT(CFG_TUD_HID_EP_BUFSIZE)
};

//Invoked when received GET HID REPORT DESCRIPTOR
//Application return pointer to descriptor
//Descriptor contents must exist long enough for transfer to complete
uint8_t const *tud_hid_descriptor_report_cb(uint8_t itf)
{
    (void)itf;
    return (desc_hid_report);
}

在usb_descriptors.c 文件里面添加HID Descriptor length(注意：长度一定要和下面DESCRIPTOR对应，否则枚举会失败)。

#define CONFIG_TOTAL_LEN        (TUD_CONFIG_DESC_LEN + CFG_TUD_AUDIO * TUD_AUDIO_HEADSET_STEREO_DESC_LEN + TUD_HID_INOUT_DESC_LEN)

在usb_descriptors.c 文件里面添加HID描述符文件，例程使用的是TUD_HID_INOUT_DESCRIPTOR，和上述CONFIG_TOTAL_LEN里面的TUD_HID_INOUT_DESC_LEN对应，然后配置HID IN OUT通讯选择哪个端点。

#define EPNUM_HID               0x03

uint8_t const desc_configuration[] =
{
    //Interface count, string index, total length, attribute, power in mA
    TUD_CONFIG_DESCRIPTOR(1, ITF_NUM_TOTAL, 0, CONFIG_TOTAL_LEN, TUSB_DESC_CONFIG_ATT_REMOTE_WAKEUP, 100),

    //Interface number, string index, EP Out & EP In address, EP size
    TUD_AUDIO_HEADSET_STEREO_DESCRIPTOR(2, EPNUM_AUDIO_OUT, EPNUM_AUDIO_IN | 0x80),

    //Interface number, string index, protocol, report descriptor len, EP Out & In address, size & polling interval
    TUD_HID_INOUT_DESCRIPTOR(ITF_NUM_HID, 6, HID_ITF_PROTOCOL_NONE,  sizeof(desc_hid_report), EPNUM_HID, 0x80 | EPNUM_HID,CFG_TUD_HID_EP_BUFSIZE, 10),
};

在usb_descriptors.c 文件里面添加 HID string字符串。

//array of pointer to string descriptors
char const *string_desc_arr[] =
{
    (const char[]){ 0x09, 0x04 },    //0: is supported language is English (0x0409)
    "TinyUSB",                         //1: Manufacturer
    "TinyUSB headset",                //2: Product
    "000001",                          //3: Serials, should use chip ID
    "TinyUSB Speakers",               //4: Audio Interface
    "TinyUSB Microphone",             //5: Audio Interface
    "TinyUSB HID",                     //6: HID Interface
};

在usb_descriptors.h 文件里面ITF_NUM_TOTAL 增加一个 ITF_NUM_HID。

enum
{
    ITF_NUM_AUDIO_CONTROL = 0,
    ITF_NUM_AUDIO_STREAMING_SPK,
    ITF_NUM_AUDIO_STREAMING_MIC,
    ITF_NUM_HID,
    ITF_NUM_TOTAL
};

在main.c 里面增加hid_task(); 然后将HID的其他处理函数添加到main.c。

/*------------- MAIN -------------*/
int main(void)
{
  USB_DeviceClockInit();//board_init();

  CONSOLE_Init(460800);  //enable printf debug

  // init device stack on configured roothub port
  tud_init(BOARD_TUD_RHPORT);

  TU_LOG1("UAC2 Headset & HID running\r\n");   /// CFG_TUSB_DEBUG for debugging #if CFG_TUSB_DEBUG
  // 0 : no debug 
  // 1 : print error
  // 2 : print warning
  // 3 : print info

  while (1)
  {
    tud_task(); // TinyUSB device task
    audio_task();
    hid_task();
  }

  return 0;
}

在hid_task()函数中添加需要处理的用户程序。

//--------------------------------------------------------------------+
// USB HID
//--------------------------------------------------------------------+
uint8_t hid_report_data[64];

static void send_hid_report(uint8_t report_id, uint32_t btn)
{
  // skip if hid is not ready yet
  if ( !tud_hid_ready() ) return;

  switch(report_id)
  {
    case REPORT_ID_MOUSE:
    {
      int8_t const delta = 5;

      // no button, right + down, no scroll, no pan
      if(btn)
      {
        tud_hid_mouse_report(REPORT_ID_MOUSE, 0x00, delta, delta, 0, 0);
      }
    }
    break;

    default: break;
  }

}

// Every 10ms, we will sent 1 report for each HID profile (keyboard, mouse etc ..)
// tud_hid_report_complete_cb() is used to send the next report after previous one is complete
void hid_task(void)
{
  uint32_t const btn = 1u;

  // Remote wakeup
  if ( tud_suspended() && btn )
  {
    // Wake up host if we are in suspend mode
    // and REMOTE_WAKEUP feature is enabled by host
    tud_remote_wakeup();
  }else
  {
    // Send the 1st of report chain, the rest will be sent by tud_hid_report_complete_cb()
    send_hid_report(REPORT_ID_MOUSE, btn);
  }
}