• 基于STM32实现USB组合设备CDC+MSC正确打开方式

    摘要：

    前一段时间对无刷电机的驱动有了兴趣，移植了odrive和simpleFOC代码，里面有关于stm32实现USB复合的实例，最近也有打算在electronbot里实现U盘+通讯来实现bootloader和语音文件的拷贝和管理。看了网上也有相关实现文章，比较HAL原代码框架，无论是odrive里，还是网上其它实现案例，都是通过ep_addr进行switch ，而原代码框架里有USBD_RegisterClassComposite函数，阅读HAL库USB相关代码后，决定以符合原代码框架的姿势打开USB组合设备CDC+MSC。

    目录

    摘要：

    编译环境

     一、基本工程建立

    二、描述符修改

    1.设备层

    2.配置描述符

    3.端点

    三.关键代码

     四.大功告成 

    总结

    编译环境

    编译环境使用了STM32CubeMX生成makefile工程，使用gcc编译，环境搭建材料如下，基本可参照odrive环境搭建。

    1、VSCodeUserSetup-x64-1.63.0.exe

    2、gcc-arm-none-eabi-10.3-2021.10-win32.exe

    3、openocd-20211118.zip

    4、xpack-windows-build-tools-4.2.1-2-win32-x64.zip

    可自行百度 Windows ODrive  编译环境搭建

     一、基本工程建立

    使用STM32CubeMX建立两个独立的工程，一个是CDC工程，一个是MSC工程。然后以一个工程为母版，本例程是以CDC为母版，将MSC工程路径Middlewares\ST\STM32_USB_Device_Library\Class下的MSC文件夹拷贝到CDC工程该路径下，如图

    二、描述符修改

    描述符修改基本遵循设备层，配置、接口、端点依次更改。

    1.设备层

    无论是CDC的还是MSC的设备描述符不符合要求了，并且看到代码里有USE_USBD_COMPOSITE宏判断：

     即可理解为如果定义了USE_USBD_COMPOSITE宏，即不再使用MSC和CDC里的设备描述符和相关配置。那么就应该在MSC和CDC两个关系之上，实现这一部分。于是新建两个文件分别是usbd_composite.c 和 usbd_composite.h,关键部分如下：

    上图下红框即是告诉主机，下行设备即是复合设备。

    1. USBD_ClassTypeDef USBD_CMPSIT=
    2. {
    3.   NULL,
    4.   NULL,
    5.   NULL,
    6.   NULL,                 /* EP0_TxSent */
    7.   NULL,
    8.   NULL,
    9.   NULL,
    10.   NULL,
    11.   NULL,
    12.   NULL,
    13.   USBD_CMPSIT_GetHSCfgDesc,
    14.   USBD_CMPSIT_GetFSCfgDesc,  
    15.   USBD_CMPSIT_GetOtherSpeedCfgDesc,
    16.   USBD_CMPSIT_GetDeviceQualifierDescriptor  
    17. };

    2.配置描述符

    配置主要信息内容：使用了几个接口，每个接口实现什么设备功能（CDC、HID、MSC...)，使用了什么样的端点等，本例程主要用了三个接口，CDC使用了两个，index为0和1，MSC使用了一个，index为2。配置描述符如下： 

    1. __ALIGN_BEGIN static uint8_t USBD_CMPSIT_CfgDesc[USB_CMPSIT_CONFIG_DESC_SIZ] __ALIGN_END =
    2. {
    3.   /* Configuration Descriptor */
    4.   //0
    5.   0x09,                                       /* bLength: Configuration Descriptor size */
    6.   USB_DESC_TYPE_CONFIGURATION,                /* bDescriptorType: Configuration */
    7.   USB_CMPSIT_CONFIG_DESC_SIZ,                    /* wTotalLength */
    8.   0x00,
    9.   0x03,                                       /* bNumInterfaces: 2 interfaces */
    10.   0x01,                                       /* bConfigurationValue: Configuration value */
    11.   0x00,                                       /* iConfiguration: Index of string descriptor
    12.                                                  describing the configuration */
    13. #if (USBD_SELF_POWERED == 1U)
    14.   0xC0,                                       /* bmAttributes: Bus Powered according to user configuration */
    15. #else
    16.   0x80,                                       /* bmAttributes: Bus Powered according to user configuration */
    17. #endif /* USBD_SELF_POWERED */
    18.   USBD_MAX_POWER,                             /* MaxPower (mA) */
    19.  
    20.   /*---------------------------------------------------------------------------*/
    21.   //9
    22.   /* Interface Association Descriptor: CDC device (virtual com port) */
    23.   0x08,   /* bLength: IAD size */
    24.   0x0B,   /* bDescriptorType: Interface Association Descriptor */
    25.   0x00,   /* bFirstInterface */
    26.   0x02,   /* bInterfaceCount */
    27.   0x02,   /* bFunctionClass: Communication Interface Class */
    28.   0x02,   /* bFunctionSubClass: Abstract Control Model */
    29.   0x01,   /* bFunctionProtocol: Common AT commands */
    30.   0x06,   /* iFunction */
    31.   //17
    32.   /* Interface Descriptor */
    33.   0x09,                                       /* bLength: Interface Descriptor size */
    34.   USB_DESC_TYPE_INTERFACE,                    /* bDescriptorType: Interface */
    35.   /* Interface descriptor type */
    36.   0x00,                                       /* bInterfaceNumber: Number of Interface */
    37.   0x00,                                       /* bAlternateSetting: Alternate setting */
    38.   0x01,                                       /* bNumEndpoints: One endpoint used */
    39.   0x02,                                       /* bInterfaceClass: Communication Interface Class */
    40.   0x02,                                       /* bInterfaceSubClass: Abstract Control Model */
    41.   0x01,                                       /* bInterfaceProtocol: Common AT commands */
    42.   0x06,                                       /* iInterface */
    43.   //26
    44.   /* Header Functional Descriptor */
    45.   0x05,                                       /* bLength: Endpoint Descriptor size */
    46.   0x24,                                       /* bDescriptorType: CS_INTERFACE */
    47.   0x00,                                       /* bDescriptorSubtype: Header Func Desc */
    48.   0x10,                                       /* bcdCDC: spec release number */
    49.   0x01,
    50.   //31
    51.   /* Call Management Functional Descriptor */
    52.   0x05,                                       /* bFunctionLength */
    53.   0x24,                                       /* bDescriptorType: CS_INTERFACE */
    54.   0x01,                                       /* bDescriptorSubtype: Call Management Func Desc */
    55.   0x00,                                       /* bmCapabilities: D0+D1 */
    56.   0x01,                                       /* bDataInterface */
    57.   //36
    58.   /* ACM Functional Descriptor */
    59.   0x04,                                       /* bFunctionLength */
    60.   0x24,                                       /* bDescriptorType: CS_INTERFACE */
    61.   0x02,                                       /* bDescriptorSubtype: Abstract Control Management desc */
    62.   0x02,                                       /* bmCapabilities */
    63.   //40
    64.   /* Union Functional Descriptor */
    65.   0x05,                                       /* bFunctionLength */
    66.   0x24,                                       /* bDescriptorType: CS_INTERFACE */
    67.   0x06,                                       /* bDescriptorSubtype: Union func desc */
    68.   0x00,                                       /* bMasterInterface: Communication class interface */
    69.   0x01,                                       /* bSlaveInterface0: Data Class Interface */
    70.   //45
    71.   /* Endpoint 2 Descriptor */
    72.   0x07,                                       /* bLength: Endpoint Descriptor size */
    73.   USB_DESC_TYPE_ENDPOINT,                     /* bDescriptorType: Endpoint */
    74.   CDC_CMD_EP,                                 /* bEndpointAddress */
    75.   0x03,                                       /* bmAttributes: Interrupt */
    76.   LOBYTE(CDC_CMD_PACKET_SIZE),                /* wMaxPacketSize */
    77.   HIBYTE(CDC_CMD_PACKET_SIZE),
    78.   CDC_FS_BINTERVAL,                           /* bInterval */
    79.   /*---------------------------------------------------------------------------*/
    80.   //52
    81.   /* Data class interface descriptor */
    82.   0x09,                                       /* bLength: Endpoint Descriptor size */
    83.   USB_DESC_TYPE_INTERFACE,                    /* bDescriptorType: */
    84.   0x01,                                       /* bInterfaceNumber: Number of Interface */
    85.   0x00,                                       /* bAlternateSetting: Alternate setting */
    86.   0x02,                                       /* bNumEndpoints: Two endpoints used */
    87.   0x0A,                                       /* bInterfaceClass: CDC */
    88.   0x00,                                       /* bInterfaceSubClass */
    89.   0x00,                                       /* bInterfaceProtocol */
    90.   0x06,                                       /* iInterface */
    91.   //61
    92.   /* Endpoint OUT Descriptor */
    93.   0x07,                                       /* bLength: Endpoint Descriptor size */
    94.   USB_DESC_TYPE_ENDPOINT,                     /* bDescriptorType: Endpoint */
    95.   CDC_OUT_EP,                                 /* bEndpointAddress */
    96.   0x02,                                       /* bmAttributes: Bulk */
    97.   LOBYTE(CDC_DATA_FS_MAX_PACKET_SIZE),        /* wMaxPacketSize */
    98.   HIBYTE(CDC_DATA_FS_MAX_PACKET_SIZE),
    99.   0x00,                                       /* bInterval */
    100.   //68
    101.   /* Endpoint IN Descriptor */
    102.   0x07,                                       /* bLength: Endpoint Descriptor size */
    103.   USB_DESC_TYPE_ENDPOINT,                     /* bDescriptorType: Endpoint */
    104.   CDC_IN_EP,                                  /* bEndpointAddress */
    105.   0x02,                                       /* bmAttributes: Bulk */
    106.   LOBYTE(CDC_DATA_FS_MAX_PACKET_SIZE),        /* wMaxPacketSize */
    107.   HIBYTE(CDC_DATA_FS_MAX_PACKET_SIZE),
    108.   0x00,                                        /* bInterval */
    109.   //75
    110.   /* Interface Association Descriptor: Mass Storage device */
    111.   0x08,   /* bLength: IAD size */
    112.   0x0B,   /* bDescriptorType: Interface Association Descriptor */
    113.   0x02,   /* bFirstInterface */
    114.   0x01,   /* bInterfaceCount */
    115.   0x08,   /* bFunctionClass: */
    116.   0x06,   /* bFunctionSubClass: */
    117.   0x50,   /* bFunctionProtocol: */
    118.   0x07,   /* iFunction */
    119.   //83
    120.   /********************  Mass Storage interface ********************/
    121.   0x09,                                            /* bLength: Interface Descriptor size */
    122.   0x04,                                            /* bDescriptorType: */
    123.   0x02,                                            /* bInterfaceNumber: Number of Interface */
    124.   0x00,                                            /* bAlternateSetting: Alternate setting */
    125.   0x02,                                            /* bNumEndpoints */
    126.   0x08,                                            /* bInterfaceClass: MSC Class */
    127.   0x06,                                            /* bInterfaceSubClass : SCSI transparent*/
    128.   0x50,                                            /* nInterfaceProtocol */
    129.   0x07,                                            /* iInterface: */
    130.   /********************  Mass Storage Endpoints ********************/
    131.   //92
    132.   0x07,                                            /* Endpoint descriptor length = 7 */
    133.   0x05,                                            /* Endpoint descriptor type */
    134.   MSC_EPIN_ADDR,                                   /* Endpoint address (IN, address 1) */
    135.   0x02,                                            /* Bulk endpoint type */
    136.   LOBYTE(MSC_MAX_FS_PACKET),
    137.   HIBYTE(MSC_MAX_FS_PACKET),
    138.   0x00,                                            /* Polling interval in milliseconds */
    139.   //99
    140.   0x07,                                            /* Endpoint descriptor length = 7 */
    141.   0x05,                                            /* Endpoint descriptor type */
    142.   MSC_EPOUT_ADDR,                                  /* Endpoint address (OUT, address 1) */
    143.   0x02,                                            /* Bulk endpoint type */
    144.   LOBYTE(MSC_MAX_FS_PACKET),
    145.   HIBYTE(MSC_MAX_FS_PACKET),
    146.   0x00                                             /* Polling interval in milliseconds */
    147.   //106
    148. };

     usbd_conf.h修改部分

    1. /*---------- -----------*/
    2. #define USBD_MAX_NUM_INTERFACES     3U
    3. /*---------- -----------*/
    4. #define USBD_MAX_NUM_CONFIGURATION     1U
    5. /*---------- -----------*/
    6. #define USBD_MAX_STR_DESC_SIZ     512U
    7. /*---------- -----------*/
    8. #define USBD_DEBUG_LEVEL     0U
    9. /*---------- -----------*/
    10. #define USBD_LPM_ENABLED     0U
    11. /*---------- -----------*/
    12. #define USBD_SELF_POWERED     1U
    13.  
    14. #define MSC_MEDIA_PACKET     512U
    15. #define CDC_FS_BINTERVAL     0x20U
    16.  
    17. #define USBD_SUPPORT_USER_STRING_DESC  1U

    3.端点

    本例程的端点分配规则：CDC使用了0x81、0x01、0x82，MSC使用了0x83、0x03

    usbd_cdc.h相关如下：

    1. #ifndef CDC_IN_EP
    2. #define CDC_IN_EP                                   0x81U  /* EP1 for data IN */
    3. #endif /* CDC_IN_EP */
    4. #ifndef CDC_OUT_EP
    5. #define CDC_OUT_EP                                  0x01U  /* EP1 for data OUT */
    6. #endif /* CDC_OUT_EP */
    7. #ifndef CDC_CMD_EP
    8. #define CDC_CMD_EP                                  0x82U  /* EP2 for CDC commands */
    9. #endif /* CDC_CMD_EP  */

    usbd_msc.h相关如下：

    1. #ifndef MSC_EPIN_ADDR
    2. #define MSC_EPIN_ADDR                0x83U
    3. #endif /* MSC_EPIN_ADDR */
    4.  
    5. #ifndef MSC_EPOUT_ADDR
    6. #define MSC_EPOUT_ADDR               0x03U
    7. #endif /* MSC_EPOUT_ADDR */

    三.关键代码

     底层初始化部分修改，usbd_conf.c中USBD_LL_Init

     要使用USBD_RegisterClassComposite来复合 usb设备，即要对它的功能实现有所理解，然后函数内部还要实现一个USBD_CMPSIT_AddClass函数。阅读了该部分相关的代码，基本知道了它复合设备的思想了，即可逆推USBD_CMPSIT_AddClass要实现的功能。我实现该部分的代码如下：

    1. #ifdef USE_USBD_COMPOSITE
    2. void USBD_CMPSIT_AddClass(USBD_HandleTypeDef *pdev, USBD_ClassTypeDef *pclass, USBD_CompositeClassTypeDef classtype, uint8_t *EpAddr)
    3. {
    4. 	//printf("classId=%d  : %d\r\n",pdev->classId,classtype);
    5. 	switch(classtype)
    6. 	{
    7. 		case CLASS_TYPE_CDC:{
    8. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].ClassType = CLASS_TYPE_CDC;
    9. 			
    10. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].Active = 1U;
    11. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].NumEps = 3;
    12. 			
    13. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[0].add = CDC_CMD_EP;
    14. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[0].type = USBD_EP_TYPE_INTR;
    15. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[0].size = CDC_CMD_PACKET_SIZE;
    16. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[0].is_used = 1U;
    17. 			
    18. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[1].add = CDC_OUT_EP;
    19. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[1].type = USBD_EP_TYPE_BULK;
    20. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[1].size = CDC_DATA_FS_MAX_PACKET_SIZE;
    21. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[1].is_used = 1U;
    22. 			
    23. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[2].add = CDC_IN_EP;
    24. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[2].type = USBD_EP_TYPE_BULK;
    25. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[2].size = CDC_DATA_FS_MAX_PACKET_SIZE;
    26. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[2].is_used = 1U;
    27.  
    28. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].NumIf = 2;
    29. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].Ifs[0] = 0;
    30. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].Ifs[1] = 1;	
    31. 			
    32. 		}break;
    33.  
    34. 		case CLASS_TYPE_MSC:{
    35. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].ClassType = CLASS_TYPE_MSC;
    36. 			
    37. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].Active = 1U;
    38. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].NumEps = 2;
    39. 			
    40. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[0].add = MSC_EPIN_ADDR;
    41. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[0].type = USBD_EP_TYPE_BULK;
    42. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[0].size = MSC_MAX_FS_PACKET;
    43. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[0].is_used = 1U;
    44. 			
    45. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[1].add = MSC_EPOUT_ADDR;
    46. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[1].type = USBD_EP_TYPE_BULK;
    47. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[1].size = MSC_MAX_FS_PACKET;
    48. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].Eps[1].is_used = 1U;
    49. 			
    50.  
    51. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].NumIf = 1;
    52. 			pdev->tclasslist[pdev->classId].Ifs[0] = 2;						
    53. 			
    54. 		}break;
    55. 		default:break;
    56. 	}
    57. 	pdev->tclasslist[pdev->classId].CurrPcktSze = 0U;
    58. 		
    59. }
    60.  
    61. #endif

    然后就在usbd_device.c里使用USBD_RegisterClassComposite函数来注册复合设备了，如下代码段：

    1. if(USBD_RegisterClassComposite(&hUsbDeviceFS, &USBD_CDC,CLASS_TYPE_CDC,0) != USBD_OK)
    2.   {
    3.     Error_Handler();
    4.   }
    5.  
    6.   if(USBD_CDC_RegisterInterface(&hUsbDeviceFS, &USBD_Interface_fops_FS) != USBD_OK)
    7.   {
    8.     Error_Handler();
    9.   }
    10.   if(USBD_RegisterClassComposite(&hUsbDeviceFS, &USBD_MSC,CLASS_TYPE_MSC,0) != USBD_OK)
    11.   {
    12.     Error_Handler();
    13.   }
    14.   if (USBD_MSC_RegisterStorage(&hUsbDeviceFS, &USBD_Storage_Interface_fops_FS) != USBD_OK)
    15.   {
    16.     Error_Handler();
    17.   }

     四.大功告成

     经过推理和设想，最后编译下载，功能完美实现。

     CDC实现数据传输：

     MSC部分由于没有使用flash实例化，即在电脑上发现U盘即为成功了：

    总结

    阅读原代码，想必作者USBD_RegisterClassComposite函数有实现该功能的最初设想，但STM32CubeMX没有例程来教导大家，实在遗憾，本人也是本着吹毛求疵的强迫症，尽量符合原框架不大改的思想去实现该功能。特与大家分享。

    原码已上传到github, branch 为fw-v1.0

    GitHub - wenyezhong/usb_composite

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/brotherwyz/article/details/128070253