USB原理课程学习记录贴

ercircle 发表于 2025-3-21 09:28:42

学习下论坛里何宾教授的USB原理课程
视频教学：【USB 原理及实战，16课时】，大学标准课程,有配套书籍 - USB：USB-CDC虚拟串口/就是串口，一箭双雕之USB转双串口，[鼠标+键盘]的HID复合设备国芯技术交流网站 - AI32位8051交流社区

国芯人工智能 发表于 2025-3-21 09:33:00

本贴记录了学习何宾教授《USB原理及实战》课程的详细过程。该课程共16课时，系统讲解了USB协议的基本原理、硬件设计及软件开发，并重点探讨了USB-CDC虚拟串口、USB转双串口及HID复合设备的实现方法。课程内容深入浅出，理论与实践相结合，适合有一定基础的开发者深入学习。 通过学习，本人对USB通信协议有了更深刻的理解，尤其是在USB设备枚举、数据传输及端点配置等方面。课程配套的书籍《USB原理及实战》也提供了丰富的案例和代码，帮助巩固理论知识并应用于实际项目。 此外，课程中提到的“一箭双雕”USB转双串口方案，为多串口应用场景提供了高效解决方案，极具实用价值。HID复合设备的实现方法也为开发复杂USB设备提供了新思路。 总体而言，本课程内容详实，理论与实践并重，是学习USB技术的优质资源。建议学员在学习过程中结合动手实践，以加深理解并提升应用能力。 [本文内容由国芯人工智能辅助生成，仅供参考]

ercircle 发表于 2025-3-21 09:33:33

第一集了解基本概念
昨天看了第一课补充点截图

D+绿色 D-白色

NRZI编码

ercircle 发表于 2025-3-21 14:49:33

第二课 USB通讯报文解析

特殊数据包：不常用

低速 SYNC KJKJKJKK 0000 0001

PID A5SOF+帧号+CRC5bit

USB中文网关键字@USB2.0 SOF令牌包

PID 0x96 IN 令牌
USB中文网关键字@USB2.0 IN令牌包

SYNC+PID+地址7bit+EP4bit+CRC5bit+EOP

NACK 包

ercircle 发表于 2025-3-25 13:13:43

第三课

ercircle 发表于 2025-3-26 10:14:41

struct usb_configuration_descriptor {
uint8_tbLength;          // 描述符长度
uint8_tbDescriptorType; // 描述符类型（固定为0x02，表示配置描述符）
uint16_t wTotalLength;    // 该配置下所有描述符的总长度
uint8_tbNumInterfaces;    // 该配置包含的接口数量
uint8_tbConfigurationValue; // 配置编号
uint8_tiConfiguration;    // 配置的字符串描述索引
uint8_tbmAttributes;    // 配置属性（如是否支持远程唤醒等）
uint8_tMaxPower;          // 设备在该配置下的最大功耗
};struct usb_device_descriptor {
uint8_tbLength;          // 描述符长度
uint8_tbDescriptorType; // 描述符类型（固定为0x01，表示设备描述符）
uint16_t bcdUSB;          // USB协议版本
uint8_tbDeviceClass;    // 设备类
uint8_tbDeviceSubClass; // 设备子类
uint8_tbDeviceProtocol; // 设备协议
uint8_tbMaxPacketSize0; // 端点0的最大包大小
uint16_t idVendor;          // 厂商ID
uint16_t idProduct;       // 产品ID
uint16_t bcdDevice;       // 设备版本号
uint8_tiManufacturer;    // 厂商字符串描述索引
uint8_tiProduct;          // 产品字符串描述索引
uint8_tiSerialNumber;    // 设备序列号字符串描述索引
uint8_tbNumConfigurations;// 设备支持的配置数量
};一个设备，只包含一个设备描述符，可以关联多个配置描述符，一个配置描述符包含多个接口描述符，一个接口描述符包含多个端点描述符,并且接口描述符可以包含多个ReportID用于区分端点上传输不同数据

设备描述符（Device Descriptor）
|
|-- 配置描述符 1（Configuration Descriptor 1，bConfigurationValue = 1）
| |
| |-- 接口描述符 1（Interface Descriptor 1）
| | |
| | |-- 端点描述符 1（Endpoint Descriptor 1，bEndpointAddress = 0x81，批量 IN 端点）
| | |-- 端点描述符 2（Endpoint Descriptor 2，bEndpointAddress = 0x01，批量 OUT 端点）
| | |-- 报告描述符（Report Descriptor）
| |    |
| |    |-- ReportID 1（对应鼠标功能）
| |    | |-- 输入报告字段（如鼠标 X 轴移动、Y 轴移动）
| |    |-- ReportID 2（对应键盘功能）
| |    | |-- 输入报告字段（如按键状态）
| |
| |-- 接口描述符 2（Interface Descriptor 2）
| | |
| | |-- 端点描述符 3（Endpoint Descriptor 3，bEndpointAddress = 0x82，中断 IN 端点）
| | |-- 端点描述符 4（Endpoint Descriptor 4，bEndpointAddress = 0x02，中断 OUT 端点）
| | |-- 报告描述符（Report Descriptor）
| |    |
| |    |-- ReportID 3（对应游戏手柄功能）
| |    | |-- 输入报告字段（如摇杆位置、按键状态）
|
|-- 配置描述符 2（Configuration Descriptor 2，bConfigurationValue = 2）
| |
| |-- 接口描述符 3（Interface Descriptor 3）
| | |
| | |-- 端点描述符 5（Endpoint Descriptor 5，bEndpointAddress = 0x83，批量 IN 端点）
| | |-- 端点描述符 6（Endpoint Descriptor 6，bEndpointAddress = 0x03，批量 OUT 端点）
| | |-- 报告描述符（Report Descriptor）
| |    |
| |    |-- ReportID 4（对应传感器数据功能）
| |    | |-- 输入报告字段（如温度、湿度）
|
|-- 配置描述符 3（Configuration Descriptor 3，bConfigurationValue = 3）
| |
| |-- 接口描述符 4（Interface Descriptor 4）
| | |
| | |-- 端点描述符 7（Endpoint Descriptor 7，bEndpointAddress = 0x84，等时 IN 端点）
| | |-- 端点描述符 8（Endpoint Descriptor 8，bEndpointAddress = 0x04，等时 OUT 端点）
| | |-- 报告描述符（Report Descriptor）
| |    |
| |    |-- ReportID 5（对应音频输入功能）
| |    | |-- 输入报告字段（如音频采样数据）
| |    |-- ReportID 6（对应音频输出功能）
| |    | |-- 输出报告字段（如音频播放数据）

ercircle 发表于 2025-3-26 10:53:30

配置中关键字描述，参阅文档：

来源：
www.usb.org/document-library/hid-usage-tables-16
www.usb.org/document-library/device-class-definition-hid-111

www.usb.org/document-library/usb-20-specification

ercircle 发表于 2025-3-30 23:06:05

第四课
<img src="data/attachment/forum/202503/30/230317dv5oi35oizkk3du3.png" alt="image.png" title="image.png" />
usb_req_std.c
<img src="data/attachment/forum/202503/30/230332jhh3rpjih7jk0qjq.png" alt="image.png" title="image.png" />
<img src="data/attachment/forum/202503/30/230339asih3syot3ylltot.png" alt="image.png" title="image.png" />
<img src="data/attachment/forum/202503/30/230346q863v66tzdghlp8d.png" alt="image.png" title="image.png" />
<img src="data/attachment/forum/202503/30/230352z94qnhpqttzaqquh.png" alt="image.png" title="image.png" />
<img src="data/attachment/forum/202503/30/230358x9hhgym446zrpr4y.png" alt="image.png" title="image.png" />
<img src="data/attachment/forum/202503/30/230417detmqm5lett3hqdl.png" alt="image.png" title="image.png" />
<img src="data/attachment/forum/202503/30/230423l99mfer1jer11zfi.png" alt="image.png" title="image.png" />
<img src="data/attachment/forum/202503/30/230431rjn051o883mjror6.png" alt="image.png" title="image.png" />
<img src="data/attachment/forum/202503/30/230440aczr9mny90xn9ymw.png" alt="image.png" title="image.png" />
<img src="data/attachment/forum/202503/30/230447gt69ll2t0n66zts2.png" alt="image.png" title="image.png" />
<img src="data/attachment/forum/202503/30/230454ipir6t5jcrmdppmc.png" alt="image.png" title="image.png" />
<img src="data/attachment/forum/202503/30/230501dstjjk1wixxiiiis.png" alt="image.png" title="image.png" />
<img src="data/attachment/forum/202503/30/230511ys87yurtvvvmumgm.png" alt="image.png" title="image.png" />
<img src="data/attachment/forum/202503/30/230517vvj4zp9v5zuu9jln.png" alt="image.png" title="image.png" />
<img src="data/attachment/forum/202503/30/230524h6ycgz4faccw7xf7.png" alt="image.png" title="image.png" />
<img src="data/attachment/forum/202503/30/230530i4dae2d2l7lz3sm2.png" alt="image.png" title="image.png" />

ercircle 发表于 2025-3-30 23:13:09

鼠标描述符解析：

第一字节：bit0 鼠标左键 bit1鼠标右键，bit2鼠标中键，bit3~bit7占位
第二字节：鼠标x轴移动，>0:right; <0:left
第三字节：鼠标y轴移动，>0:down; <0:up

/*
Input Report:
0 Buttons (D0:LButton D1:RButton D2:MButton :Pad)
1 X displacement (>0:right; <0:left)
2 Y displacement (>0:down; <0:up)
*/
char code MOUSEREPORTDESC =
{
0x05,0x01, //USAGE_PAGE(Generic Desktop);
0x09,0x02, //USAGE(Mouse);
0xa1,0x01, //COLLECTION(Application);
0x09,0x01, //USAGE(Pointer);
0xa1,0x00, //COLLECTION(Physical);
0x05,0x09, // USAGE_PAGE(Buttons);
0x19,0x01, // USAGE_MINIMUM(1);
0x29,0x03, // USAGE_MAXIMUM(3);
0x15,0x00, // LOGICAL_MINIMUM(0);
0x25,0x01, // LOGICAL_MAXIMUM(1);
0x75,0x01, // REPORT_SIZE(1);
0x95,0x03, // REPORT_COUNT(3);
0x81,0x02, // INPUT(Data,Variable,Absolute);
0x75,0x05, // REPORT_SIZE(5);
0x95,0x01, // REPORT_COUNT(1);
0x81,0x01, // INPUT(Constant);
0x05,0x01, // USAGE_PAGE(Generic Desktop);
0x09,0x30, // USAGE(X);
0x09,0x31, // USAGE(Y);
0x15,0x81, // LOGICAL_MINIMUM(-127);
0x25,0x7f, // LOGICAL_MAXIMUM(127);
0x75,0x08, // REPORT_SIZE(8);
0x95,0x02, // REPORT_COUNT(2);
0x81,0x06, // INPUT(Data, Variable, Relative);
0xc0, //END_COLLECTION;
0xc0, //END_COLLECTION;
};

ercircle 发表于 2025-3-30 23:18:03

上个是鼠标相对位移，来个鼠标绝对坐标描述符示例：

const uint8_t ABSOLUTE_MOUSE_REPORT_DESC[] = {
0x05, 0x01,    // USAGE_PAGE (Generic Desktop)
0x09, 0x02,    // USAGE (Mouse)
0xA1, 0x01,    // COLLECTION (Application)
0x09, 0x01,    // USAGE (Pointer)
0xA1, 0x00,    // COLLECTION (Physical)
0x05, 0x09,    // USAGE_PAGE (Buttons)
0x19, 0x01,    // USAGE_MINIMUM (Button 1)
0x29, 0x03,    // USAGE_MAXIMUM (Button 3)
0x15, 0x00,    // LOGICAL_MINIMUM (0)
0x25, 0x01,    // LOGICAL_MAXIMUM (1)
0x75, 0x01,    // REPORT_SIZE (1)
0x95, 0x03,    // REPORT_COUNT (3)
0x81, 0x02,    // INPUT (Data,Var,Abs)
0x75, 0x05,    // REPORT_SIZE (5)
0x95, 0x01,    // REPORT_COUNT (1)
0x81, 0x03,    // INPUT (Cnst,Var,Abs)
0x05, 0x01,    // USAGE_PAGE (Generic Desktop)
0x09, 0x30,    // USAGE (X)
0x09, 0x31,    // USAGE (Y)
0x15, 0x00,    // LOGICAL_MINIMUM (0)
0x26, 0xFF, 0x7F,// LOGICAL_MAXIMUM (32767)
0x75, 0x10,    // REPORT_SIZE (16)
0x95, 0x02,    // REPORT_COUNT (2)
0x81, 0x02,    // INPUT (Data,Var,Abs)
0xC0,          // END_COLLECTION
0xC0             // END_COLLECTION
};

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