【USB接口适配】：GD32与STM32的USB接口迁移及升级策略


参考资源链接：[GD32与STM32兼容性对比及移植指南](https://wenku.csdn.net/doc/6401ad18cce7214c316ee469?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. USB接口技术概述

## 1.1 USB接口的起源和意义

USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）接口是现代计算机和外设连接的标准。自1996年由英特尔、康柏、微软等公司联合推出以来，USB经历了数次迭代升级，成为连接各种设备的必备技术。它的出现简化了设备之间的连接，增强了数据传输效率，并支持即插即用（Plug and Play）功能，极大地方便了用户。

## 1.2 USB接口的分类和技术规格

USB技术有多个版本，如USB 1.1、USB 2.0、USB 3.0等，每个版本都提高了传输速度并引入了新的功能。USB接口分为多个类型，包括标准的A型和B型插头，以及迷你和微USB等小型接口。技术规格定义了传输速率、电压、电流等参数，以及USB设备的供电能力。

例如，USB 2.0的最高传输速率为480 Mbps，而USB 3.0的理论传输速率高达5 Gbps。

## 1.3 USB接口在现代IT设备中的应用

在现代IT设备中，USB接口不仅用于数据传输，还支持视频信号传输（如USB Type-C支持DP Alt Mode），提供电源供电（USB Power Delivery），甚至可用于网络通信（USB以太网适配器）。USB接口技术的普及和应用使得计算机与外设之间的连接更加灵活和强大。

USB技术的应用案例包括但不限于：
- 数据同步与备份
- 打印机、扫描仪等办公设备的连接
- 音频和视频设备的接入
- 便携式存储解决方案
- 移动设备充电及数据交换

USB技术的发展历程和它在现代IT设备中的应用，体现了其作为通用接口的强大生命力和广泛适应性，未来还将随着技术的演进而继续引领行业标准。

# 2. GD32与STM32的USB接口基础

### 2.1 GD32与STM32微控制器简介

#### 2.1.1 GD32微控制器的特点

GD32微控制器是GigaDevice公司基于ARM Cortex-M3内核开发的一系列32位微控制器产品。它的主要特点包括高性能、低功耗以及丰富的外设接口。GD32系列微控制器在保持STM32系列微控制器的软件兼容性的同时，通过优化内核和外设设计，以更低的成本提供了更强的计算能力和更高的I/O吞吐率。其特点可以从以下几个方面进行深入了解：

- **性能**：GD32微控制器主频最高可达120 MHz，并内置了高速存储器和多种数字接口，这对于实时性要求较高的应用来说，是非常重要的。
- **低功耗**：支持多种低功耗模式，并在待机模式下实现了极低的电流消耗，这对于电池供电的便携式设备非常有利。
- **成本效益**：GD32系列在性能和功能上与STM32相似，但价格更为经济，这使得其在成本敏感型应用中成为STM32的一个很好的替代品。

#### 2.1.2 STM32微控制器的特点

STM32微控制器由STMicroelectronics生产，是基于ARM Cortex-M系列处理器的广泛使用的微控制器产品。STM32系列以其强大的性能、丰富的外设和良好的软件生态系统而著称。以下是STM32系列的一些核心特点：

- **产品多样性**：STM32系列包含了从入门级到高性能的多种产品线，能够满足从简单到复杂的各种应用场景需求。
- **软件和硬件的生态系统**：提供了丰富的开发工具、软件库、中间件和第三方支持，极大地方便了开发人员。
- **性能和能效**：采用ARM最新技术的处理器内核，包括Cortex-M0, M3, M4, M7等，具备高性能和能效比。

### 2.2 USB接口标准与协议

#### 2.2.1 USB接口的发展历程

USB接口技术自20世纪90年代中叶被推出以来，已经经历了多个版本的迭代，每一版本的推出都伴随着传输速率的提升和功能的扩展。以下是USB接口发展的重要节点：

- **USB 1.0/1.1**：最初推出的版本，支持1.5 Mbps（低速）和12 Mbps（全速）的数据传输速度。
- **USB 2.0**：引入了480 Mbps的高速传输模式，成为当时主流的连接方式。
- **USB 3.0**：又称为“SuperSpeed USB”，传输速度提升至5 Gbps，进一步增强了数据传输效率。
- **USB 3.1**：进一步提升至10 Gbps，引入新的连接器和电缆设计以支持更高速的数据传输。
- **USB 4**：最新的标准，提供40 Gbps的传输速度，并支持多种协议的传输，如Thunderbolt 3和DisplayPort 1.4等。

#### 2.2.2 USB协议栈的核心组成

USB协议栈是USB通信的软件实现基础，它负责数据的传输、设备的枚举和管理，以及通信的错误处理。协议栈主要包含以下几个核心部分：

- **USB设备驱动程序**：它负责与具体硬件设备进行交互，实现数据的读写操作。
- **USB核心层**：处理U