【STM32H7】第3章 ThreadX USBX协议栈移植到STM32H7

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第3章   ThreadX USBX协议栈移植到STM32H7

本章节为大家讲解USBX协议栈移植到STM32H7。

3.1 初学者重要提示

3.2 USBX移植步骤

3.3 USBX的模拟U盘移植接口文件ux_device_msc.c。

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STM32H7提供的软件包：

http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=108816

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Userusb文件。

•   USB驱动文件stm32h7xx_hal_hcd.c，stm32h7xx_hal_pcd.c，stm32h7xx_hal_pcd_ex.c和stm32h7xx_ll_usb.c。

这个是STM32H7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：

{
        /*
        USB工作需要48MHz的时钟，可以由PLL1Q，PLL3Q和HSI48提供
            PLL1Q用于给SDMMC提供时钟
            PLL3Q给LTDC提供时钟，也可以跟USB共用，不过得更USB设置相同的频率才可一起用。
            HSI48可以供USB独享，就是精度不是很高。
        */
        RCC_PeriphCLKInitTypeDef PeriphClkInitStruct = {0};
#if 0
        /* PLL3-Q for USB Clock = 48M */
        PeriphClkInitStruct.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_USB;
        PeriphClkInitStruct.PLL3.PLL3M = 5;
        PeriphClkInitStruct.PLL3.PLL3N = 48;
        PeriphClkInitStruct.PLL3.PLL3P = 2;
        PeriphClkInitStruct.PLL3.PLL3Q = 5;
        PeriphClkInitStruct.PLL3.PLL3R = 2;
        PeriphClkInitStruct.PLL3.PLL3RGE = RCC_PLL3VCIRANGE_2;
        PeriphClkInitStruct.PLL3.PLL3VCOSEL = RCC_PLL3VCOWIDE;
        PeriphClkInitStruct.PLL3.PLL3FRACN = 0;
        PeriphClkInitStruct.UsbClockSelection = RCC_USBCLKSOURCE_PLL3;
        if (HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&PeriphClkInitStruct)!= HAL_OK)
        {
            Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
        }    
#else
        PeriphClkInitStruct.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_USB;
        PeriphClkInitStruct.UsbClockSelection = RCC_USBCLKSOURCE_HSI48;
        if (HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&PeriphClkInitStruct) != HAL_OK)
        {
            Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
        }
              HAL_PWREx_EnableUSBVoltageDetector();
#endif
    }    

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_11 | GPIO_PIN_12);
        GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
        GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
        GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
        GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF10_OTG1_FS;
        HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

        /* 使能USB FS时钟 */
        __HAL_RCC_USB2_OTG_FS_CLK_ENABLE();

        /* 在睡眠模式下禁用USB时钟 */
        __HAL_RCC_USB2_OTG_FS_ULPI_CLK_SLEEP_DISABLE();
        
        /* 配置USB FS中断 */
        HAL_NVIC_SetPriority(OTG_FS_IRQn, 0x2, 0); 
        HAL_NVIC_EnableIRQ(OTG_FS_IRQn);
    }

    /* 初始化USB */
    {
        HAL_PWREx_EnableUSBVoltageDetector();

        memset(&hpcd_USB_OTG_FS, 0x0, sizeof(PCD_HandleTypeDef));
        hpcd_USB_OTG_FS.Instance = USB2_OTG_FS;
        hpcd_USB_OTG_FS.Init.dev_endpoints = 8;
        hpcd_USB_OTG_FS.Init.use_dedicated_ep1 = 0;
        hpcd_USB_OTG_FS.Init.ep0_mps = 0x40;
        hpcd_USB_OTG_FS.Init.low_power_enable = 0;
        hpcd_USB_OTG_FS.Init.phy_itface = PCD_PHY_EMBEDDED;
        hpcd_USB_OTG_FS.Init.Sof_enable = 0;
        hpcd_USB_OTG_FS.Init.speed = PCD_SPEED_FULL;
        hpcd_USB_OTG_FS.Init.vbus_sensing_enable = 0;
        hpcd_USB_OTG_FS.Init.lpm_enable = 0;

        /* 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, 1024);
        HAL_PCDEx_SetTxFiFo(&hpcd_USB_OTG_FS, 0, 64);
        HAL_PCDEx_SetTxFiFo(&hpcd_USB_OTG_FS, 1, 1024);

        /* 注册STM32到USBX协议栈并初始化 */
        status =  ux_dcd_stm32_initialize((ULONG)USB2_OTG_FS, (ULONG)&hpcd_USB_OTG_FS);

        if (status != FX_SUCCESS)
        {
            return;
        }
        
    }

3.2.6      第5步，MPU配置

为了方便大家移植测试，我们这里直接关闭AXI SRAM的读Cache和写Cache（这样就跟使用STM32F1或者STM32F4系列里面的SRAM一样）。此配置是在bsp.c文件的MPU_Config函数里面实现：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: MPU_Config
*    功能说明: 配置MPU
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void MPU_Config( void )
{
    MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;

    /* 禁止 MPU */
    HAL_MPU_Disable();

#if 0
       /* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate，Write allocate */
    MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;
    MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;
    MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;

    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

 #else
     /* 当前是采用下面的配置 */
    /* 配置AXI SRAM的MPU属性为NORMAL, NO Read allocate，NO Write allocate */
    MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;
    MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_NOT_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;
    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;
    MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;

    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
#endif
    /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
    MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;
    MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;    
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;
    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;
    MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    
    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

    /*使能 MPU */
    HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
}

3.2.7      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)
{
    UINT status = 0U;

    BSP_SD_ReadBlocks((uint32_t *) data_pointer, lba, number_blocks, 500);                                    
    //while(BSP_SD_GetCardState() != SD_TRANSFER_OK);
    status = check_sd_status(0);    
    return (status);
}

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)
{
    UINT status = 0U;

    BSP_SD_WriteBlocks((uint32_t *) data_pointer, lba, number_blocks, 500);
    //while(BSP_SD_GetCardState() != SD_TRANSFER_OK);
    status = check_sd_status(0);
    
    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：

V7-2401_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 ");
4. printf("2 - 创建一个新文件armfly.txt ");
5. printf("3 - 读armfly.txt文件的内容 ");
6. printf("4 - 创建目录 ");
7. printf("5 - 删除文件和目录 ");
8. printf("6 - 读写文件速度测试 ");
9. printf("a - 打开SD卡模拟U盘 ");
10. printf("b - 关闭SD卡模拟U盘 ");

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。