USB原理课程学习记录贴

erci*** · 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*** · 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]

erci*** · 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

截图202503210929314705.jpg

D+绿色 D-白色
截图202503210930071610.jpg

NRZI编码

erci*** · 发表于 2025-3-21 14:49:33

第二课 USB通讯报文解析
截图202503211441093969.jpg

特殊数据包：不常用

低速 SYNC KJKJKJKK 0000 0001

截图202503211446009773.jpg

PID A5 SOF+帧号+CRC5bit
截图202503211446466563.jpg

USB中文网关键字@USB2.0 SOF令牌包
截图202503211447249417.jpg

PID 0x96 IN 令牌
USB中文网关键字@USB2.0 IN令牌包

截图202503211447424820.jpg

SYNC+PID+地址7bit+EP4bit+CRC5bit+EOP

截图202503211448114788.jpg

NACK 包

erci*** · 发表于 2025-3-25 13:13:43

第三课

erci*** · 发表于 2025-3-26 10:14:41

struct usb_configuration_descriptor {
    uint8_t  bLength;             // 描述符长度
    uint8_t  bDescriptorType;     // 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_t  bNumInterfaces;      // 该配置包含的接口数量
    uint8_t  bConfigurationValue; // 配置编号
    uint8_t  iConfiguration;      // 配置的字符串描述索引
    uint8_t  bmAttributes;        // 配置属性（如是否支持远程唤醒等）
    uint8_t  MaxPower;            // 设备在该配置下的最大功耗
};
复制代码

struct usb_device_descriptor {
    uint8_t  bLength;             // 描述符长度
    uint8_t  bDescriptorType;     // 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_t  bDeviceClass;        // 设备类
    uint8_t  bDeviceSubClass;     // 设备子类
    uint8_t  bDeviceProtocol;     // 设备协议
    uint8_t  bMaxPacketSize0;     // 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_t  iManufacturer;       // 厂商字符串描述索引
    uint8_t  iProduct;            // 产品字符串描述索引
    uint8_t  iSerialNumber;       // 设备序列号字符串描述索引
    uint8_t  bNumConfigurations;  // 设备支持的配置数量
};
复制代码

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）
复制代码

erci*** · 发表于 2025-3-26 10:53:30

配置中关键字描述，参阅文档：

HID Usage Tables.pdf (4.25 MB, 下载次数: 1)

Universal Serial Bus (USB).pdf (1007.31 KB, 下载次数: 1)

usb_20.pdf (5.71 MB, 下载次数: 2)

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

erci*** · 发表于 2025-3-30 23:06:05

第四课

usb_req_std.c

erci*** · 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

截图202503302310092194.jpg

/*
Input Report:
0   Buttons (D0:LButton D1:RButton D2:MButton [D3:D7]:Pad)
1        X displacement (>0:right; <0:left)
2        Y displacement (>0:down; <0:up)
*/
char code MOUSEREPORTDESC[50] =
{
    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;
};
复制代码

erci*** · 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：
截图202503302315466765.jpg

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
};
复制代码

		自动登录	找回密码
密码			立即注册

USB原理课程学习记录贴

浏览过的版块