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用Holtek USB MCU实现USB Device
McuPlayer 发表于 2006-9-9 13:16 资料 文集 短消息
一直想在论坛写个帖子，介绍Holtek USB MCU单片机的实际应用。无奈时间缘故，
上班忙公司的事，下班忙着在各个论坛灌水。忽然想通了，何不把自己的摸索经历写
下来与大家分享。于人，帮助初学者，于我，知识的总结与提升。
我将在这个帖子里面把我用Holtek 82K系列MCU开发USB Device的经验跟大家
分享，包括固件（也叫做韧件、单片机软件）、PC软件。主要局限在Low Speed
和HID，这样我们就不用开发Driver了，而是直接是有能够M$的HID Driver。至于
硬件，如果你跟我一样懒，直接抄Datasheet好了，保证可以跑。
虽然说包括Firmware和Software，但是以Firmware为主。因为Firmware最能
体现USB spec的内容，Driver也在很大程度上体现USB spec，但是不是这个帖子
讨论的主题。
我首先做个假设，参与讨论的朋友都可以：
1、熟练使用Holtek MCU的汇编指令集
2、熟练使用IDE3000来开发单片机应用
3、对USB有一定的了解，曾经浏览过USB spec，哪个版本都算数
4、对C＋＋和Windows API有一定的了解（如果你不写Software就可不要求这个学分啦）
做USB Device，一定要对USB spec的chapter9熟悉。看看名字是“CHAPTER 9 USB
DEVICE FRAMEWORK”就知道这章是我们写Firmware的参考重点了。这里我们先来
温习一下Chapter9的内容。
先来看看USB Device的state machine，这个状态机使USB设备知道自己处于何种状态。
我的USB spec是V1.1版本的，在176页。USB Device所处的几个状态分别是：
attached（连接）、Powered（上电）、Default（缺省状态）、Address（可寻址）、
configured（已配置），在外加一个suspend状态。
Attached状态，就是我们手工把Device和Host连接的过程，Plug而已，用Firmwre的角
度说就是“不关我的事”。
Powered这个状态的命名来自于总线供电的设备。但是也有设备是自供电的，这就设计一
些对我们讨论Firmware关系不大的细节，我们先跳过不谈（我是不是太懒惰了）。
Default缺省状态，USB Device在加电后并不立刻对总线发出响应，而是在USB的总线
Reset后才进入Default状态，可以在缺省地址相应USB的token。至于Default状态都会
发生什么USB request，我也说不清楚，但是有一点是明确的，Set Address是这个阶段
的很重要的任务。
Address状态就是在Default状态响应Set Address后进入的。按说，现在就可以工作了吧，
为什么还要再安排个Configured状态呢。这是因为USB的设计者想USB Device可以support
N个设置，到时候可以根据需要N选一（皇帝临幸妃子不都如此吗）。
Configured就是最终的工作状态了（不要再想上面的话了啊），这时候大量数据传输，所
有的USB Device都是在这个状态工作的。
至于那个suspend状态，把它当成休假好了，省电了。
说完了状态机，就该说枚举过程了。Enumerate过程，我有个朋友一直翻译为总线标示过程，
如果你也如此，肯定是看那份翻译的还算不错但是又很蹩脚的中文USB spec了。
我们先看看USB Device被Plug到Host的socket后发生了什么：
1、那个口对应的HUB会报告主机，此时你只是见到了媒婆而已，相亲还得等会
2、HUB这个媒婆就跟HOST窃窃私语，讨论你长得帅不帅之类的，而且故意搞些delay保证
你不会立马拍屁股走人。
3、HUB会Reset Device个10ms，然后Device总算到了Default状态了，可以对0地址相应了。
4、HOST跟Device见面后，通过一系列的USB request，吧Device从几个状态转来转去，最
终目标是Configured。Default状态就只能用0地址，configured之前只能用Default pipe，也
只能使用control传输。
打字有点累了，USB Requeset的回顾放到下次吧。
GET_STATUS－－－－－－问你话呢，忙什么呢？HOST就是这样去了解DEVICE的
CLEAR_FEATURE－－－－那个不用的功能暂时关闭吧。
SET_FEATURE－－－－－－打开某个功能，现在需要。
SET_ADDRESS－－－－－－你转正了，你的正式地址是N（1～127）
GET_DESCRIPTOR－－－－想知道你的自我描述，
SET_DESCRIPTOR－－－－试试能否改变你
GET_CONFIGURATION－－你用的是哪个配置啊
SET_CONFIGURATION－－你用我告诉你的这个配置，号码
GET_INTERFACE－－－－－你用的是哪个接口啊
SET_INTERFACE－－－－－用这个配置吧
SYNCH_FRAME－－－－－－这个是同步传输用的
关于这几个Request的细节，我们会在讨论Firmware的时候，再细细叙来。
HOLTEK单片机的USB SIE承担USB通讯的很多协议层及其以下层次()的细节，
也就是说电气和协议层等USB spec的内容，只需粗略读一下即可。
而Firmware处理的多是Device Frame(spec ch9)的内容。
详细如下(其实很费话，因为几乎所有的USB MCU都如此，或者很类似)
USB SIE处理下面的工作：
1、转换接受到的编码数据，编码准备在USB总线上传输的数据。
2、硬件CRC检查和CRC产生。如果CRC错误，硬件不会ACK给HOST，并且设置FLAG
3、硬件自动更新、发送数据反转位，(Data1/0)
4、自动发送ACK或者NAK
5、SETUP/IN/OUT的Token自动识别，并设置对应的寄存器
6、把收到的数据保存到对应的FIFO
7、位填充、去填充
8、地址检查，只有与自己Address对应的数据才接受
9、端点检查，根据HOST的要求，设置对应的寄存器
Firmware需要做余下的工作：
1、通过响应来自的HOST的USB Request完成枚举
2、填充或者清空FIFO，完成数据的读写
3、挂起/恢复 USB Device 状态，通过USB SIE控制器存取
4、完成Remote wake up，如果需要的话
5、透过USB中断，依据各个Register的状态，branch到各个不同的处理路径
下面会介绍HOLTEK单片机的USB所对应的寄存器
以HT82K96为例，介绍USB相关的Register
这些Register主要分布在BANK0和BANK1
BANK0: USC, USR, SCC
BANK1: AWR, STALL, PIPE, SIES, MISC, FIFO0~FIFO3
1、USC只有bit0－bit3是跟USB相关的。
SUSP和RESUME，是USB总线状态表现的地方
RMWK，通知HOST进行WakeUp的，相当于Device这个秘书唤醒HOST
URST：USB Reset标示
2、SCC中跟USB相关的只有2个bit
SYSCLK：说明现在用的是6M还是12M，千万别添错，否则HOST不理你
USBCKEN：USB时钟允许，正常用的时候一定置1，置0的相当于USB关了，不给发薪怎么干活呢
3、USR跟USB相关的bit多了
EP0IF-EP3IF: Endpoint Interrupt flag，就是引起USB中断的来头，Firmware看这几个bit，
用完了还要记得清除，去大号当然要自己擦屁股了
SPS2：PS2使能，当然置0了，对待敌人要象秋风扫落叶一样.....
SUSB: USB使能，当然置1了，对待.....
ADREF: AD转换用的，跟我们的话题无关，自己看去
FIFO-cntl: 专门跟仿真器用的，操作FIFO时候，0读1写，我想烧OTP也不碍事吧，就一直用吧
下面是住在BANK1的寄存器介绍，写Firmware的时候记着用间接寻址来访问喔
1、AWR
USB地址(7个bit)＋Remote Wake使能(1个bit)，注意这7个bit的地址，是bit1－bit7，所以经常要shift 1个bit
2、STALL
STALL，死到死到，确实是负责各个端点死活的，不过不是死了拉到，1就死0就活，每个ENDPOINT一个bit
3、FIFO0~FIFO3
各个PIPE的FIFO了，各管各家，各养各妈
4、PIPE
这里就告诉你刚才哪个王妃(PIPE)被国王(HOST)临幸过，仍然是各管各家，每个PIPE一个bit
5、MISC
终于轮到这个最杂货的Register了，这可以PIPE访问的法官啊，它仲裁SIE和Firmware谁可以访问FIFO
因为Firmware是通过FIFO跟USB SIE联络的，于是FIFO就是临界区(不明白概念者，去看OS课本)
SELP0＋SELP1：两个bit表示4个FIFO，别告诉我你想不通
TX：发送还是接受，也就是你要读还是写FIFO，1表示其中哪个，1当然表示发送了，人家名字叫TX啊
REQ和READY：分别用来提交申请和查看申请是否通过，大家最讨厌的罗嗦估计也跟它俩有关，不过人家也尽责了
剩下的几个bit估计比较独立了
Cleare：不管FIFO有没有READY，强制清除FIFO，说好听的叫做进入特别状态，不好听就叫做独裁
SCMD：告诉Firmware说FIFO里面的数据是Setup，它怎么有先见之明呢，人家SIE不是看过Token了吗
LEN0：告诉Firmware说HOST送来个长度为0的数据包，有这样送礼的吗？USB spec确实定义了这种流氓做法，这是后话
6、SIES
这个寄存器啊，新版的IC才有(详见官方datasheet)
Adr_set：这个有用啊，增加它Firmware可简化了不少，这是后话。
F0_Err: FIFO0专用的Error寄存器，作用呢，您仔细瞅吧，一出错标志而已，无非想证明FIFO0最重要
dengdalong
我正在用82K96 能否提供相关C代码！ USB
万分感谢 ddlav478@sohu.com
谢谢鼓励
很多东西，还在酝酿。打算写点东西，才知道掌握太少了，而此之前有些自以为是啊，哈哈。
我用的是汇编，在HOLTEK官方的demo基础上修改的。
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