STM32 USB通信协议：10个底层原理解析，揭秘人机交互奥秘

# 1. STM32 USB通信协议概述

USB（通用串行总线）是一种广泛使用的通信协议，用于连接计算机和其他设备。STM32微控制器系列具有内置的USB外设，允许它们与USB设备进行通信。

本章将概述STM32 USB通信协议，包括其架构、数据传输模式和设备描述符。我们还将讨论STM32 USB外设的配置和中断处理。

# 2. USB通信协议理论基础

### 2.1 USB通信协议架构

#### 2.1.1 USB总线结构

USB总线采用主从式结构，由一个主机和多个设备组成。主机负责控制总线，分配带宽和管理数据传输。设备连接到主机，并根据主机的指令进行数据传输。

USB总线采用星形拓扑结构，所有设备都连接到一个集线器（Hub），集线器再连接到主机。集线器可以级联连接，形成多层总线结构。

#### 2.1.2 USB数据传输模式

USB数据传输有四种模式：

* **控制传输（Control Transfer）：**用于设备与主机之间的控制和配置，例如获取设备描述符、设置设备寄存器等。
* **中断传输（Interrupt Transfer）：**用于传输少量、时间敏感的数据，例如键盘输入、鼠标移动等。
* **批量传输（Bulk Transfer）：**用于传输大量数据，例如文件传输、数据流等。
* **同步传输（Isochronous Transfer）：**用于传输实时数据，例如音频、视频等。

### 2.2 USB设备描述符

USB设备通过描述符向主机描述其特性和功能。描述符分为以下几种类型：

#### 2.2.1 设备描述符

设备描述符包含设备的基本信息，例如：

typedef struct {
  uint8_t bLength;              // 描述符长度
  uint8_t bDescriptorType;      // 描述符类型（设备描述符）
  uint16_t bcdUSB;             // USB版本号
  uint8_t bDeviceClass;        // 设备类
  uint8_t bDeviceSubClass;     // 设备子类
  uint8_t bDeviceProtocol;     // 设备协议
  uint8_t bMaxPacketSize0;     // 默认端点0的最大数据包大小
  uint16_t idVendor;           // 供应商ID
  uint16_t idProduct;          // 产品ID
  uint16_t bcdDevice;          // 设备版本号
  uint8_t iManufacturer;       // 制造商字符串索引
  uint8_t iProduct;            // 产品字符串索引
  uint8_t iSerialNumber;       // 序列号字符串索引
  uint8_t bNumConfigurations;  // 配置描述符数量
} __attribute__((packed)) USB_DeviceDescriptor;

#### 2.2.2 配置描述符

配置描述符描述设备的配置信息，例如：

typedef struct {
  uint8_t bLength;              // 描述符长度
  uint8_t bDescriptorType;      // 描述符类型（配置描述符）
  uint16_t wTotalLength;        // 整个配置描述符的长度
  uint8_t bNumInterfaces;       // 接口数量
  uint8_t bConfigurationValue;  // 配置值
  uint8_t iConfiguration;      // 配置字符串索引
  uint8_t bmAttributes;        // 配置属性
  uint8_t bMaxPower;           // 最大功耗（单位：毫安）
} __attribute__((packed)) USB_ConfigDescriptor;

#### 2.2.3 接口描述符

接口描述符描述设备的接口信息，例如：

typedef struct {
  uint8_t bLength;              // 描述符长度
  uint8_t bDescriptorType;      // 描述符类型（接口描述符）
  uint8_t bInterfaceNumber;     // 接口号
  uint8_t bAlternateSetting;    // 备用设置
  uint8_t bNumEndpoints;       // 端点数量
  uint8_t bInterfaceClass;      // 接口类
  uint8_t bInterfaceSubClass;   // 接口子类
  uint8_t bInterfaceProtocol;   // 接口协议
  uint8_t iInte