UEFI开发探索85- YIE002USB开发板（08 制作HID设备）

2024-02-15 09:25:58

(请保留-> 作者: 罗冰 https://blog.csdn.net/luobing4365)

YIE002USB开发板之制作HID设备-编程

1 YIE002-STM32的USB编程
2 调整示例工程Custom_HID
3 修改代码
4 测试

在介绍完所有背景知识后，终于可以进入实质的嵌入式编程了。

本篇拟使用YIE002开发板，制作一个USB HID设备，支持三种通信方式，以对应UEFI开发探索73和74所讨论的三种上位机通信。

这个系列的博客，主要还是偏向UEFI编程的探索，对于嵌入式的编程，不想讨论过多。对于YIE002的嵌入式开发，请移步我另外一个专栏“嵌入式开发”，在其中我开了一个新坑，用来探索YIE002的编程。

1 YIE002-STM32的USB编程

这款开发板的主芯片是STM32F103C8T6，是我出差最常带的版型。本篇所写的代码，适用于所有F1系列作为主芯片的开发板，比如正点原子的战舰开发板。

从意法的官方资料可知，STM32 MCU有如下USB IP：

USB IP 可作为全速USB设备，存在于STM32F102、STM32F103；
USB+ IP 可作为全速USB设备，存在于STM32F0x2；
FS OTG IP 可作为全速和低速USB主机、全速USB设备，存在于STM32F105、STM32F107、STM32F2、STM32F4；
HS OTG IP 可作为高速、全速和低速USB主机，可作为高速和全速USB设备，存在于STM32F2、STM32F4。

官方也提供了不同的USB库，以适应开发需求。比如针对USB IP和USB+ IP，提供的库如图1所示。

图1 USB(+) IP对应的USB库

因此，对F103系的MCU而言，可以选择Legacy library进行开发，也可以使用Cube library进行开发。

本篇的开发，是基于Legacy library的示例工程Custom_HID改造的。使用Cube library开发的方式，可以博客中参考嵌入式开发的专栏。

2 调整示例工程Custom_HID

我平常开发嵌入式产品，主要使用的是MDK Keil工具。Legacy library（STSW-STM32121）中提供的示例工程，支持各种编译工具。当然，也带来很多我不需要的冗余代码。另外，由于共用了外围设备库和评估板的各种文件，Legacy library组织了很好的代码结构，但对我而言是累赘，总不能每次都在库的文件夹下进行修改吧。

因此，我对示例工程Custom_HID进行了调整，删除了很多不需要的代码，重新组织了代码结构。

如图2所示，是调整过的代码结构。

图2 调整过的代码结构

另一个需要注意的地方，是头文件的路径，如图3所示。

图3 头文件包含路径

另外，在选择设备的时候，选择STM32F103C8，编译针对YIE002-STM32型开发板的生成文件。

其他的细节，请以本篇博客提供的工程，对照原始的Custom_HID工程，即可了解。

3 修改代码

修改代码的过程主要包括：

准备各种描述符，包括设备描述符、配置描述符和报表描述符等；
实现三种通信方式的代码支持；

详细过程如下。

3.1 准备描述符

描述符主要在文件usb_desc.c中修改。配置描述符比较简单，主要将厂商ID和产品ID修改为自己需要的值。主要的修改在配置描述符中，需要注意的是，端点描述符和接口描述符与配置描述符在同一数组内。

示例1 配置描述符

const uint8_t CustomHID_ConfigDescriptor[CUSTOMHID_SIZ_CONFIG_DESC] =
{
……//前略
/******************** Descriptor of Custom HID endpoints ******************/
    /* 27 */
    0x07,          /* bLength: Endpoint Descriptor size */
    USB_ENDPOINT_DESCRIPTOR_TYPE, /* bDescriptorType: */

    0x81,          /* bEndpointAddress: Endpoint Address (IN) */
    0x03,          /* bmAttributes: Interrupt endpoint */
    0x40,          /* wMaxPacketSize: 64 Bytes max */
    0x00,
    0x20,          /* bInterval: Polling Interval (32 ms) */
    /* 34 */
    	
    0x07,	/* bLength: Endpoint Descriptor size */
    USB_ENDPOINT_DESCRIPTOR_TYPE,	/* bDescriptorType: */
			/*	Endpoint descriptor type */
    0x01,	/* bEndpointAddress: */
			/*	Endpoint Address (OUT) */
    0x03,	/* bmAttributes: Interrupt endpoint */
    0x40,	/* wMaxPacketSize: 64 Bytes max  */
    0x00,
0x20,	/* bInterval: Polling Interval (20 ms) */
}

从示例1可以看出，通信用的端点号为1，可以输入输出。包括缺省的端点0在内，使用了两个端点号，因此在接口描述符中，bNumEndpoints必须为2（示例1中没有列出）。

而报表描述符，设置了16字节的通道，如示例2所示。

示例2 报表描述符

const uint8_t CustomHID_ReportDescriptor[CUSTOMHID_SIZ_REPORT_DESC] =
{
	0x05, 0x01, // USAGE_PAGE (Generic Desktop)
	0x09, 0x00, // USAGE (0) 
	0xa1, 0x01, // COLLECTION (Application)
	0x15, 0x00, //     LOGICAL_MINIMUM (0)
	0x25, 0xff, //     LOGICAL_MAXIMUM (255)
	0x19, 0x01, //     USAGE_MINIMUM (1)
	0x29, 0x10, //     USAGE_MAXIMUM (16) 
	0x95, 0x10, //     REPORT_COUNT (16)
	0x75, 0x08, //     REPORT_SIZE (8)
	0x81, 0x02, //     INPUT (Data,Var,Abs)
	0x19, 0x01, //     USAGE_MINIMUM (1)
	0x29, 0x10, //     USAGE_MAXIMUM (16) 
	0x91, 0x02, //   OUTPUT (Data,Var,Abs)
	0x19, 0x01, //     USAGE_MINIMUM (1)
	0x29, 0x10, //     USAGE_MAXIMUM (16)
	0xB1, 0x02, // Feature(Data, Variable, Absolute)
	0xc0        // END_COLLECTION
}; /* CustomHID_ReportDescriptor */

从中可以看出，构建的通道中，Input报告、Output报告和Feature报告均为16字节长。

3.2 支持ReadFile()和WriteFile()方式的代码

在源文件usb_prop.c中，修改端点的通信能力：

  SetEPTxCount(ENDP1, 0x40);   //robin: 修改为64字节大小
  SetEPRxCount(ENDP1, 0x40);   //robin: 修改为64字节大小

修改通信函数，在源文件usb_endp.c中进行修改，代码如下：

uint8_t Receive_Buffer[0xff];
void EP1_OUT_Callback(void)
{
//  BitAction Led_State;
  uint32_t DataLength = 0;
  /* Read received data (2 bytes) */  
  DataLength=USB_SIL_Read(EP1_OUT, Receive_Buffer); //读取端点得到的数据
  SetEPRxStatus(ENDP1, EP_RX_VALID);
  
  if (Receive_Buffer[0] == 0xA0)//将第二个字节改为1返回，表示是采用端点发送的方式
	{
		Receive_Buffer[1]=0x1;
	}
  USB_SIL_Write(EP1_IN,Receive_Buffer,DataLength);
  SetEPTxStatus(ENDP1,EP_TX_VALID);
}

其他代码不用动，并将usb_prop.c下的 void CustomHID_Status_In(void)函数中的内容全部注释掉。

至此，就完成了这种通信方式的编写。

3.3 支持Input报告和Output报告的方式、以及Feature报告的代码

为了支持这两种通信方式，需要实现Set_Report和Get_Report类命令。这两个类命令，有三种报告使用，包括Input报告、Output报告和Feature报告。其中，Input报告和Output报告作为输入输出通信，对应上层的函数为HidD_GetInputReport()和HidD_SetOutputReport()；Feature报告对应上层的函数为HidD_GetFeature()和HidD_SetFeature()。

这三种报告都是使用Set_Report 和Get_Report命令来传输数据的，只是通过类命令中的wValue来区分报告类型：1为Input报告、2为Output报告、3为Feature报告。

需要注意的是，USB通信中，都是站在主机的角度来看通信过程的，所有命令也都是由主机发起的。Set_Report对设备而言，是接收数据；Get_Report对设备而言，是发送数据。

修改过程如下：

3.3.1 准备通信用的标志和缓冲区

uint8_t Report_Buf[16];     //Robin: 报告长度为16，见报告描述符 
uint8_t Report_InOut_Flag=0; //Robin: Input报告和Output报告标志
uint8_t Report_Feature_Flag=0;//Robin: Feature报告标志

3.3.2 修改RESULT CustomHID_Data_Setup(uint8_t RequestNo)

......
/*** GET_PROTOCOL, GET_REPORT, SET_REPORT ***/
  else if ( (Type_Recipient == (CLASS_REQUEST | INTERFACE_RECIPIENT)) )
  {         
    switch( RequestNo )
    {
    case GET_PROTOCOL:
      CopyRoutine = CustomHID_GetProtocolValue;
      break;
    case SET_REPORT:
      CopyRoutine = CustomHID_SetReport_Feature;
      Request = SET_REPORT;
      break;
    //robin add for get_report
    case GET_REPORT:
      if((Report_InOut_Flag==0)&&(Report_Feature_Flag==0))
        return USB_NOT_READY;   //Robin: Inform the host that the data is not ready
      CopyRoutine = CustomHID_GetReport_Feature;
      Request = GET_REPORT;
      break;
    default:
      break;
    }
  }
  
  if (CopyRoutine == NULL)
  {
    return USB_UNSUPPORT;
  }
  
  pInformation->Ctrl_Info.CopyData = CopyRoutine;
  pInformation->Ctrl_Info.Usb_wOffset = 0;
  (*CopyRoutine)(0);
  return USB_SUCCESS;
}

也即增加了Get_Report和Set_Report的处理函数。

3.3.3 修改Get_Report和Set_Report的处理函数

/*******************************************************************************
* Function Name  : CustomHID_SetReport_Feature
* Description    : Set Feature request handling
* Input          : Length.
* Output         : None.
* Return         : Buffer
*******************************************************************************/
uint8_t *CustomHID_SetReport_Feature(uint16_t Length)
{
  if(pInformation->USBwValues.bw.bb1 == OUT_REPORT)
    Report_InOut_Flag=1;
  else if(pInformation->USBwValues.bw.bb1 == FEATURE_REPORT)
    Report_Feature_Flag=1;
  
  if (Length == 0)
  {
    pInformation->Ctrl_Info.Usb_wLength = 16;//2; //robin
    return NULL;
  }
  else
  {
//    return Report_Buf;
    return &Report_Buf[pInformation->Ctrl_Info.Usb_wOffset];
  }
}
/*************************************************************************
* Function Name  : CustomHID_GetReport_Feature
* Description    : Set Feature request handling
* Input          : Length.
* Output         : None.
* Return         : Buffer
*************************************************************************/
uint8_t *CustomHID_GetReport_Feature(uint16_t Length)
{
  if(pInformation->USBwValues.bw.bb1 == IN_REPORT)
    Report_InOut_Flag=0;
  else if(pInformation->USBwValues.bw.bb1 == FEATURE_REPORT)
    Report_Feature_Flag=0;
  
  if (Length == 0) //此处报告需要发送的长度
  {
    pInformation->Ctrl_Info.Usb_wLength = 16;//2; //robin
    return NULL;
//    return (uint8_t *)16;
  }
  else  //此处返回需要处理的数据
  {
    if(pInformation->USBwValues.bw.bb1 == FEATURE_REPORT)
    {
      if(Report_Buf[0] == 0xA0)
        Report_Buf[1]=0x3;
    }
    else
    {
      if(Report_Buf[0] == 0xA0)
        Report_Buf[1]=0x2;
    }
    return Report_Buf;
  }
}

从中很容易看出，针对不同的报告，函数进行了不同的处理。为了方便上位机测试，简单地将收到的数据，进行了局部修改，然后返回。

4 测试

将固件代码编译，下载到YIE002开发板中，使用上位机工具进行测试，如图4所示。

图4 使用UsbHID工具测试HID设备

根据HID设备的固件代码，不同的通信方式，在第一个字节为0xA0的时候，返回的第二个字节分别为0x1、0x2和0x3。从图3中可以看出，是按照代码设定的逻辑在正常工作的。

至此，我们完成了USB HID设备的编写。下一篇开始，将在UEFI环境下对HID设备进行访问。

Gitee地址：https://gitee.com/luobing4365/uefi-exolorer
项目代码位于：/84 YIE2HID下

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