STM32单片机USB编程：连接外部世界的接口，扩展嵌入式应用

# 1. STM32单片机USB编程概述

STM32单片机集成了USB外设，支持USB通信协议，使其能够与其他设备进行数据传输。USB编程涉及使用STM32单片机配置USB外设，编写固件代码来处理USB通信，实现各种USB应用，如USB设备端、USB主机端、USB虚拟串口和USB大容量存储。

USB通信协议是基于主从模式的，其中一个设备充当主机，另一个设备充当设备。STM32单片机可以配置为主机或设备，具体取决于应用需求。USB设备类型包括全速、高速和超高速，每个类型都有不同的数据传输速率和特性。

# 2. USB通信协议与STM32外设配置

### 2.1 USB通信协议基础

#### 2.1.1 USB协议栈与数据传输

USB协议栈是一个分层结构，从物理层到应用层，每层负责特定的功能。

| 层级 | 功能 |
|---|---|
| 物理层 | 定义电气连接、信号传输和数据编码 |
| 数据链路层 | 负责数据传输的可靠性和完整性 |
| 传输层 | 提供端到端的数据传输 |
| 应用层 | 提供特定应用程序所需的功能 |

USB数据传输采用管道机制，每个管道对应一个特定类型的传输。管道分为四种类型：

| 管道类型 | 描述 |
|---|---|
| 控制管道 | 用于设备初始化、配置和状态控制 |
| 中断管道 | 用于传输需要立即响应的数据 |
| 批量管道 | 用于传输大块数据 |
| 同步管道 | 用于传输需要同步的数据 |

#### 2.1.2 USB设备类型与端点

USB设备分为主机端和设备端。主机端负责控制总线，而设备端负责响应主机端的请求。

每个USB设备都有一个或多个端点。端点是设备与主机端之间数据传输的逻辑通道。端点可以是输入端点、输出端点或双向端点。

### 2.2 STM32外设配置与USB接口

#### 2.2.1 USB外设寄存器与配置

STM32单片机集成了USB外设，可以通过配置外设寄存器来实现USB通信。主要寄存器包括：

| 寄存器 | 功能 |
|---|---|
| USB_OTG_FS_DCFG | USB设备配置寄存器 |
| USB_OTG_FS_DIEPCTL | USB数据包传输端点控制寄存器 |
| USB_OTG_FS_DOEPCTL | USB数据包接收端点控制寄存器 |
| USB_OTG_FS_DIEPINT | USB数据包传输端点中断寄存器 |
| USB_OTG_FS_DOEPINT | USB数据包接收端点中断寄存器 |

USB外设配置包括设置端点类型、传输速率、缓冲区大小等参数。

#### 2.2.2 USB中断处理与回调函数

STM32 USB外设支持中断处理。当发生USB事件（如数据传输完成、端点中断等）时，会触发相应的USB中断。

用户需要注册USB中断处理函数，并在中断处理函数中调用回调函数来处理具体事件。回调函数可以自定义USB通信的逻辑。

void USB_IRQHandler(void)
{
    USB_OTG_FS_IRQHandler();
}

void USB_OTG_FS_IRQHandler(void)
{
    HAL_PCD_IRQHandler(&hpcd);
}

void HAL_PCD_DataOutStageCallback(PCD_HandleTypeDe