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第3章   ThreadX USBX协议栈移植到STM32F407

本章节为大家讲解USBX协议栈移植到STM32F407。

目录

3.1   初学者重要提示

3.2   USBX移植步骤

3.2.1      第1步，了解整体设计框架

3.2.2      第2步，添加USBX和USB驱动到工程

3.2.3      第3步，添加工程路径

3.2.4      第4步，禁止掉添加进来一些文件

3.2.5      第4步，配置GPIO和时钟

3.2.6      第7步，添加应用代码（USB中断，打开U盘和关闭U盘）

3.3   USBX的模拟U盘移植接口文件ux_device_msc.c说明

3.3.1  状态函数app_usb_device_thread_media_status

3.3.2  读取函数app_usb_device_thread_media_read

3.3.3  写入函数app_usb_device_thread_media_write

3.3.4  接口函数注册

3.4   使用的MicroUSB接口并注意跳线帽设置

3.5   实验例程

3.6   总结

3.1   初学者重要提示

1、  本章使用的ST专门为STM32F4提供的软件包：下载地址

2、  本章配套例子使用SD卡模拟一个U盘，使用的MicroUSB接口。

3.2   USBX移植步骤

ThreadX USBX的移植步骤如下：

3.2.1      第1步，了解整体设计框架

为了方便大家移植，需要大家先对移植好的工程有个整体认识：

3.2.2      第2步，添加USBX和USB驱动到工程

这里我们在FileX教程做的模板例子基础上添加USBX文件和USB驱动文件，大家可以直接从本章教程提供的例子里面复制。

•   模拟U盘驱动文件ux_device_msc.c/.h和ux_device_descriptors.c/.h添加到自己的工程里面，路径不限。

配套例子是放在\\User\\usb文件。

•   USB驱动文件stm32f4xx_hal_hcd.c，stm32f4xx_hal_pcd.c，stm32f4xx_hal_pcd_ex.c和stm32f4xx_ll_usb.c。

这个是STM32F4的HAL库自带的。

•   USBX相关源文件。

大家可以将所有相关文件都复制到自己的工程里面，配套例子是放在\\USBX。

3.2.3      第3步，添加工程路径

大家根据自己添加的源文件位置，添加相关路径即可：

3.2.4      第4步，禁止掉添加进来一些文件

之所以要禁止掉是因为这些文件要用到NetXDUO网络协议栈，或者大家不添加进来都是可以的。添加进来后再禁止的优势是添加时候可以全选添加。

 禁止的方法是右击此文件去掉如下对钩即可：

3.2.5      第4步，配置GPIO和时钟

USB时钟配置在bsp.c文件的函数SystemClock_Config里面：

	/* 芯片内部的LDO稳压器输出的电压范围，选用的PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1 */
	__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
	__HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);

	/* 使能HSE，并选择HSE作为PLL时钟源 */
	RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
	RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
	RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
	RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
	RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 25;
	RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 336;
	RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
	RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 7;  这个分频很重要，分频出48MHz
	if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
	
        Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
	

USB的GPIO，NVIC初始化在demo_sd_usbx.c：

    /* 配置USB GPIO, NVIC */
    
        GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStruct = 0;

        __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

		GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_12|GPIO_PIN_11;
		GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
		GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
		GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
		GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF10_OTG_FS;
		HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
		

        /* 使能USB FS时钟 */
        __HAL_RCC_USB_OTG_FS_CLK_ENABLE();

        
        /* 配置USB FS中断 */
        HAL_NVIC_SetPriority(OTG_FS_IRQn, 0, 0); 
        HAL_NVIC_EnableIRQ(OTG_FS_IRQn);
    

    /* 初始化USB */
    
		memset(&hpcd_USB_OTG_FS, 0x0, sizeof(PCD_HandleTypeDef));
	  hpcd_USB_OTG_FS.Instance = USB_OTG_FS;
	  hpcd_USB_OTG_FS.Init.dev_endpoints = 4;
	  hpcd_USB_OTG_FS.Init.speed = PCD_SPEED_FULL;
	  hpcd_USB_OTG_FS.Init.dma_enable = DISABLE;
	  hpcd_USB_OTG_FS.Init.phy_itface = PCD_PHY_EMBEDDED;
	  hpcd_USB_OTG_FS.Init.Sof_enable = DISABLE;
	  hpcd_USB_OTG_FS.Init.low_power_enable = DISABLE;
	  hpcd_USB_OTG_FS.Init.lpm_enable = DISABLE;
	  hpcd_USB_OTG_FS.Init.vbus_sensing_enable = DISABLE;
	  hpcd_USB_OTG_FS.Init.use_dedicated_ep1 = DISABLE;

        /* 初始化USB  */
        HAL_PCD_Init(&hpcd_USB_OTG_FS);

        /* 设置TX FIFO和RX FIFO */
        HAL_PCDEx_SetRxFiFo(&hpcd_USB_OTG_FS, 128);
        HAL_PCDEx_SetTxFiFo(&hpcd_USB_OTG_FS, 0, 64);
        HAL_PCDEx_SetTxFiFo(&hpcd_USB_OTG_FS, 1, 128);

        /* 注册STM32到USBX协议栈并初始化 */
        status =  ux_dcd_stm32_initialize((ULONG)USB_OTG_FS, (ULONG)&hpcd_USB_OTG_FS);

        if (status != FX_SUCCESS)
        
            return;
        
        
    

3.2.6      第7步，添加应用代码（USB中断，打开U盘和关闭U盘）

USB操作专门整理到了文件demo_sd_usbx.c。主要三部分，打开U盘，关闭U盘和USB中断服务程序。这三个函数基本是通用的，大家直接复制粘贴使用即可

特别注意USB中断服务程序别忘了添加。

3.3   USBX的模拟U盘移植接口文件ux_device_msc.c说明

这里将USBX的底层接口文件ux_device_msc.c的实现为大家简单做个说明。

3.3.1  状态函数app_usb_device_thread_media_status

代码如下：

UINT  app_usb_device_thread_media_status(VOID *storage, ULONG lun, ULONG media_id, ULONG *media_status)


  /* The ATA drive never fails. This is just for app_usb_device only !!!! */
  return (UX_SUCCESS);

此函数主要用于获取SD卡模拟U盘的状态。

3.3.2  读取函数app_usb_device_thread_media_read

代码如下：

/**
  * @brief  Function implementing app_usb_device_thread_media_read.
  * @param  storage : Not used
  * @param  lun: Logical unit number
  * @param  lba: Logical block address
  * @param  number_blocks: Blocks number
  * @param  data_pointer: Data
  * @param  media_status: Not used
  * @retval Status (0 : OK / -1 : Error)
  */
UINT  app_usb_device_thread_media_read(VOID *storage, ULONG lun,
                                       UCHAR *data_pointer,
                                       ULONG number_blocks,
                                       ULONG lba, ULONG *media_status)

#if 0
    UINT status = 0U;

    BSP_SD_ReadBlocks((uint32_t *) data_pointer, lba, number_blocks, 500);									
    status = check_sd_status(0);    
    return (status);

#else
	UINT status;
    if(check_sd_status(0) != BSP_ERROR_NONE)
    
		
    
	
    status = BSP_SD_ReadBlocks_DMA((uint32_t*)data_pointer, lba, number_blocks);

    if (status == BSP_ERROR_NONE)
    
        if(tx_semaphore_get(&transfer_semaphore, DEFAULT_TIMEOUT) == TX_SUCCESS)
        
            status = FX_SUCCESS;
        
        else
        
            status =  FX_BUFFER_ERROR;
        
    

    return status;
#endif

用于实现SD模拟U盘的读取功能。

3.3.3  写入函数app_usb_device_thread_media_write

代码如下：

/**
  * @brief  Function implementing app_usb_device_thread_media_write.
  * @param  storage : Not used
  * @param  lun: Logical unit number
  * @param  lba: Logical block address
  * @param  number_blocks: Blocks number
  * @param  data_pointer: Data
  * @param  media_status: Not used
  * @retval Status (0 : OK / -1 : Error)
  */
UINT  app_usb_device_thread_media_write(VOID *storage, ULONG lun,
                                        UCHAR *data_pointer,
                                        ULONG number_blocks,
                                        ULONG lba, ULONG *media_status)

#if 0
    UINT status = 0U;

    BSP_SD_WriteBlocks((uint32_t *) data_pointer, lba, number_blocks, 500);
    status = check_sd_status(0);
    
    return (status);

#else
	UINT status;
	
    if(check_sd_status(0) != BSP_ERROR_NONE)
    
		
    

    status = BSP_SD_ReadBlocks_DMA((uint32_t*)data_pointer, lba, number_blocks);

    if (status == BSP_ERROR_NONE)
    
        if(tx_semaphore_get(&transfer_semaphore, DEFAULT_TIMEOUT) == TX_SUCCESS)
        
            status = FX_SUCCESS;
        
        else
        
            status =  FX_BUFFER_ERROR;
        
    

#endif

    return status;

用于实现SD模拟U盘的写入功能。

3.3.4  接口函数注册

接口函数的注册是在文件demo_sd_usbx.c里面：

storage_parameter.ux_slave_class_storage_parameter_lun[0].ux_slave_class_storage_media_read  =  app_usb_device_thread_media_read;

storage_parameter.ux_slave_class_storage_parameter_lun[0].ux_slave_class_storage_media_write  =  app_usb_device_thread_media_write; 

storage_parameter.ux_slave_class_storage_parameter_lun[0].ux_slave_class_storage_media_status =  app_usb_device_thread_media_status;

3.4   使用的MicroUSB接口并注意跳线帽设置

本周教程移植的例子使用内部RAM模拟了一个U盘，效果如下：

注意使用的是MicroUSB接口：

注意板子左下角跳线帽的设置：

这里是用于选择CAN1 TX使用PB9或者PA12引脚，CAN1 RX使用PB8或者PA11引脚。大家这里可以什么都不接，或者CAN1 TX通过跳线帽短接PA12，CAN1 RX通过跳线帽短接PA11。切记不可以短接到PA12和PA11引脚上，USB要使用这两个引脚。

3.5   实验例程

配套例子：

V6-2401_ThreadX USBX Template

实验目的：

1. 学习USBX模板，通过SD来模拟U盘。

实验内容：

1、共创建了如下几个任务，通过按下按键K1可以通过串口或者RTT打印任务堆栈使用情况                                  

========================================================

         CPU利用率 =  0.89%

         任务执行时间 = 0.586484645s

         空闲执行时间 = 85.504470575s

         中断执行时间 = 0.173225395s

         系统总执行时间 = 86.264180615s              

=======================================================

        任务优先级 任务栈大小 当前使用栈  最大栈使用   任务名

          Prio     StackSize   CurStack    MaxStack   Taskname

          2         4092        303         459      App Task Start

          5         4092        167         167      App Msp Pro

          4         4092        167         167      App Task UserIF

           5         4092        167         167      App Task COM

           0         1020        191         191      System Timer Thread           

串口软件可以使用SecureCRT或者H7-TOOL RTT查看打印信息。

App Task Start任务  ：启动任务，这里用作BSP驱动包处理。

App Task MspPro任务 ：消息处理。

App Task UserIF任务 ：按键消息处理。

App Task COM任务   ：这里用作LED闪烁。

System Timer Thread任务：系统定时器任务

2、(1) 凡是用到printf函数的全部通过函数App_Printf实现。

(2) App_Printf函数做了信号量的互斥操作，解决资源共享问题。

3、默认上电是通过串口打印信息，如果使用RTT打印信息

(1)   MDK AC5，MDK AC6或IAR通过使能bsp.h文件中的宏定义为1即可

#define Enable_RTTViewer  1

(2)   Embedded Studio继续使用此宏定义为0, 因为Embedded Studio仅制作了调试状态RTT方式查看。

实验操作：

1. 测试前务必将SD卡插入到开发板左上角的卡座中。
2. 支持以下6个功能，用户通过电脑端串口软件发送数字1-6给开发板即可
3. printf("1 - 显示根目录下的文件列表\\r\\n");
4. printf("2 - 创建一个新文件armfly.txt\\r\\n");
5. printf("3 - 读armfly.txt文件的内容\\r\\n");
6. printf("4 - 创建目录\\r\\n");
7. printf("5 - 删除文件和目录\\r\\n");
8. printf("6 - 读写文件速度测试\\r\\n");
9. printf("a - 打开SD卡模拟U盘\\r\\n");
10. printf("b - 关闭SD卡模拟U盘\\r\\n");

串口打印的信息：

波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1

RTT打印：

3.6   总结

本章节就为大家讲解这么多，后面章节再为大家详细讲解USBX的玩法。