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USB是很常用的接口，目前大多數(shù)的設備都是USB接口的，比如鼠標、鍵盤、USB攝像
頭等，在實際開發(fā)中也常常遇到USB接口的設備，本章就來學習一下如何使能Linux內核自帶的USB驅動。這里不會具體學習USB的驅動開發(fā)。
USB接口簡介
什么是USB
USB全稱為Universal Serial Bus，翻譯過來就是通用串行總線。由英特爾與眾多電腦公司提出來，用于規(guī)范電腦與外部設備的連接與通訊。目前USB接口已經得到了大范圍的應用，已經是電腦、手機等終端設備的必配接口，甚至取代了大量的其他接口。比如最新的智能手機均采用USB TypeC取到了傳統(tǒng)的3.5mm耳機接口，蘋果最新的MacBook只有 USB TypeC接口，至于其他的HDMI、網(wǎng)口等均可以通過USB TypeC擴展塢來擴展。
按照大版本劃分，USB目前可以劃分為USB1.0、USB2.0、USB3.0以及正在即將到來的USB4.0。
- USB1.0：USB規(guī)范于1995年第一次發(fā)布，由Inter、IBM、Microsoft等公司組成的USB-IF(USB Implement Forum)組織提出。USB-IF在1996年正式發(fā)布USB1.0，理論速度為1.5Mbps。1998 年USBIF在USB1.0的基礎上提出了USB1.1規(guī)范。
- USB2.0：USB2.0依舊由Inter、IBM、Microsoft等公司提出并發(fā)布，USB2.0分為兩個版本:Full-Speed和High-Speed，也就是全速(FS)和高速(HS)。USB2.0 FS的速度為12Mbps，USB2.0 HS速度為480Mbps。目前大多數(shù)單片機以及低端Cortex-A芯片配置的都是USB2.0接口，比如STM32MP157。USB2.0全面兼容USB1.0標準。
- USB3.0：USB3.0同樣由Inter等公司發(fā)起的，USB3.0最大理論傳輸速度為5.0Gbps，USB3.0引入了全雙工數(shù)據(jù)傳輸，USB2.0的480Mbps為半雙工。USB3.0中兩根線用于發(fā)送數(shù)據(jù)，另外兩根用于接收數(shù)據(jù)。在USB3.0的基礎上又提出了USB3.1、USB3.2等規(guī)范，USB3.1理論傳輸速度提升到了10Gbps，USB3.2理論傳輸速度為20Gbps。為了規(guī)范 USB3.0標準的命名，USB-IF公布了最新的USB命名規(guī)范，原來的USB3.0和USB3.1命名將不會采用，所有的3.0 版本的USB都命名為 USB3.2，以前的USB3.0、USB3.1和USB3.2分別叫做USB3.2 Gen1、USB3.2 Gen2、USB3.2 Gen 2X2。
- USB4.0：目前還在標準定制中，目前還沒有設備搭載，據(jù)說是在Inter的雷電3接口上改進而來。USB4.0的速度將提升到了40Gbps，最高支持100W的供電能力，只需要一根線就可以完成數(shù)據(jù)傳輸與供電，極大的簡化了設備之間的鏈接線數(shù)，期待USB4.0設備上市。
如果按照接口類型劃分的話USB就要分為很多種了，最常見的就是USB A插頭和插座，如下圖所示：
使用過JLINK調試器的朋友應該還見過USB B插頭和插座，USB B插頭和插座如下圖所示：
USB插頭在不斷的縮小，由此產生了Mini USB接口，Mini USB插頭和插座如下圖所示：
比Mini USB更小的就是Micro USB接口了，以前的智能手機基本都是Micro USB接口的，Micro USB插頭和插座如下圖所示：
現(xiàn)在最流行的就是USB Typec了，正點原子的STM32MP1開發(fā)板使用的是USB Typec接口，USB Typec插頭和插座如下圖所示：
USB電氣特性
Mini USB電氣屬性
先以Mini USB為例講解一下USB的基本電氣屬性。Mini USB線一般都是一頭為USB A插頭，一頭為Mini USB插頭。一共有四個觸點，也就是4根線，這四根線的順序如下圖所示：
如上圖所示，USB A插頭從左到右線序依次為 1,2,3,4，第1根線為VBUS，電壓為5V，第2根線為D-，第3根線為D+，第4根線為GND。USB采用差分信號來傳輸數(shù)據(jù)，因此有D-和D+兩根差分信號線。仔細觀察的話會發(fā)現(xiàn)USB A插頭的1和4這兩個觸點比較
長，2和3這兩個觸點比較短。1和4分別為VBUS和GND，也就是供電引腳，當插入 USB的時候會先供電，然后再接通數(shù)據(jù)線。拔出的時候先斷開數(shù)據(jù)線，然后再斷開電源線。
再觀察一下Mini USB插頭，會發(fā)現(xiàn)Mini USB插頭有5個觸點，也就是5根線，線序
從左往右依次是1-5。第1根線為VCC(5V)，第2根線為D-，第3根線為D+，第4根線為ID，第5根線為GND?？梢钥闯?strong>Mini USB插頭相比USB A插頭多了一個ID線，這個ID線用于
實現(xiàn)OTG功能，通過ID線來判斷當前連接的是主設備(HOST)還是從設備(SLAVE)。
USB是一種支持熱插拔的總線接口，使用差分線(D-和 D+)來傳輸數(shù)據(jù)，USB支持兩種供電模式：總線供電和自供電，總線供電就是由USB接口為外部設備供電，在USB2.0下，總線供電最大可以提供500mA的電流。
USB拓補結構
USB是主從結構的，也就是分為主機和從機兩部分，一般主機叫做Host，從機叫做Device。主機通過USB A插座來連接外部的設備，比如電腦作為主機，對外提供USB A插座，可以通過USB線來連接一些USB設備，比如聲卡、手機等。因此電腦帶的USB A插座數(shù)量就決定了能外接多少個USB設備，如果不夠用的話可以購買USB集線器來擴展電腦的USB插口，USB集線器也叫做USB HUB，USB HUB如下圖所示：
上圖是一個一拖四的USB HUB，也就是將一個USB接口擴展為4個。主機一般會帶幾個原生的USB主控制器，比如STM32MP1就有兩個原生的USB主控制器，因此STM32MP1
對外提供兩個USB接口，這兩個接口肯定不夠用，正點原子的STM32MP1開發(fā)板上有6個HOST接口，六路都是USB2通過USB HUB芯片擴展出來的，稍后會講解其原理圖。
雖然可以對原生的USB口數(shù)量進行擴展，但是不能對原生USB口的帶寬進行擴展，比如STM32MP1的兩個原生USB口都是USB2.0的，帶寬最大為480Mbps，因此接到下面的所有USB設備總帶寬最大為480Mbps。
USB只能主機與設備之間進行數(shù)據(jù)通信，USB 主機與主機、設備與設備之間是不能通信的。因此兩個正常通信的USB接口之間必定有一個主機，一個設備。為此使用了不同的插頭和插座來區(qū)分主機與設備，比如主機提供 USB A插座，從機提供Mini USB、Micro USB 等插座。在一個USB系統(tǒng)中，僅有一個USB主機，但是可以有多個USB設備，包括USB功能設備和USB HUB，最多支持127個設備。一個USB主控制器支持128個地址，地址0是默認地址，只有在設備枚舉的時候才會使用，地址0不會分配給任何一個設備。所以一個USB主控制器最多可以分配127個地址。整個USB的拓撲結構就是一個分層的金字塔形，如下圖所示：
上圖中可以看出從Root Hub開始，一共有7層，金字塔頂部是Root Hub，這個是USB控制器內部的。圖中的Hub就是連接的USB集線器，Func就是具體的USB設備。
USB主機和從機之間的通信通過管道(Pipe)來完成，管道是一個邏輯概念，任何一個USB設備一旦上電就會存在一個管道，也就是默認管道，USB主機通過管道來獲取從機的描述符、配置等信息。在主機端管道其實就是一組緩沖區(qū)，用來存放主機數(shù)據(jù)，在設備端管道對應一個特定的端點。
USB OTG
USB分為HOST(主機)和從機(或DEVICE)，有些設備可能有時候需要做HOST，有時候又需要做DEVICE，配兩個USB口當然可以實現(xiàn)，但是太浪費資源了。如果一個USB接口既可以做HOST又可以做DEVICE那就太好了，使用起來就方便很多。為此，USB OTG 應運而生，OTG是On-The-Go的縮寫，支持USB OTG功能的USB接口既可以做HOST，也可以做DEVICE。為了區(qū)分當前的工作狀態(tài)，這里就引入了ID線這個概念，前面講解USB電氣屬性的時候已經說過了，Mini USB插頭有5根線，其中一條就是ID線。ID線的高低電平表示USB口工作在HOST還是DEVICE模式：
- ID=1：OTG設備工作在從機模式。
- ID=0：OTG設備工作在主機模式。
支持OTG模式的USB接口一般都是Mini USB、Micro USB 等這些帶有ID線的接口。正點原子的STM32MP1開發(fā)板OTG模式是使用USB Type C做接口，沒有ID線。USB Type C有自己的識別方法，稍后會講解TypeC接口電氣屬性。正點原子的STM32MP157開發(fā)板USB_OTG連接到了STM32MP1的USB1接口上。如果要使用OTG的主機模式，那么就需要一根OTG線，TypeC接口的OTG線如下圖所示：
可以看出，TypeC OTG線一頭是USB A插座，一頭是Typec插頭，將TypeC插頭插入機器的TypeC口上，需要連接的USB設備插到另一端的USB A插座上，比如U盤。TypeC的CC引腳檢查到USB設備已經接入，就會建立USB設備為主模式，機器就知道自己要做為一個主機，用來連接外部的從機設備(U 盤)。
STM32MP1 USB接口簡介
STM32MP157提供了兩個USB2.0接口，這兩個USB接口都是支持高速模式，也就是480Mbit/S，這兩個USB接口都內置了高速PHY。其中USB2支持OTG功能，正點原子STM32MP157開發(fā)板上的USB OTG接口就是鏈接到USB2接口上的。USB1接口連接了一個HUB芯片，實現(xiàn)了USB Host接口擴展。
STM32MP1內部集成了三個跟USB相關的控制器名字分別為：USB OTG控制器、USB Host控制器和USB HS PHY控制器，提供一個簡稱方便書寫：OTG、USBH和PHY。接著分析一下這三個控制器是如何工作的。
PHY控制器
PHY(英語：Port Physical Layer)，中文可稱之為端口物理層，是一個對OSI模型物理層的共同簡稱。PHY控制器主要是提供兩個端口，端口1已經規(guī)定分配給USB Host控制器，端口2可以分配給USB OTG和USB Host。
OTG控制器
此控制器是支持OTG功能，它的內部特性如下所示：
- 此控制器有一個獨立的內核USB OTG HS。
- 該控制器支持HS、FS和LS模式，不管是主機還是從機模式都支持HS/FS/LS，硬件支持OTG信號、會話請求協(xié)議和主機協(xié)商協(xié)議，支持8個雙向端點，還支持PHY接口。
- 內嵌一個DMA。
- 支持片上全速PHY、連接外部全速PHY的I2C接口和連接外部高速PHY的ULPL接口。
- 具有采用高級FIFO控制的4 KB專用RAM。
OTG控制器有兩個模式：正常模式(normal mode)和低功耗模式(low power mode)。OTG控制器都可以運行在高速模式(HS 480Mbps)、全速模式(LS 12Mbps)和低速模式(1.5Mbps)。正常模式下每個OTG控制器都可以工作在主機(HOST)或從機(DEVICE)模式下，每個USB控制器都有其對應的接口。低功耗模式顧名思義就是為了節(jié)省功耗，USB2.0 協(xié)議中要求，設備在上行端口檢測到空閑狀態(tài)以后就可以進入掛起狀態(tài)。在從機(DEVICE)模式下，端口停止活動3ms以后OTG控制器內核進入掛起狀態(tài)。在主機(HOST)模式下，OTG控制器內核不會自動進入掛起狀態(tài)，但是可以通過軟件設置。不管是本地還是遠端的USB主從機都可以通過產生喚醒序列來重新開始USB通信。
USBH控制器
USBH控制器這是一個主機控制器，此控制器由EHCI控制器和OHCI控制器組成。USBH控制器只能做主機模式。
這里簡單提一下OHCI、UHCI、EHCI和xHCI，這四個是用來描述USB控制器規(guī)格
的，區(qū)別如下：
- OHCI：全稱為Open Host Controller Interface，這是一種USB控制器標準，廠商在設計USB控制器的時候需要遵循此標準，用于USB1.1標準。OHCI不僅僅用于USB，也支持一些其他的接口，比如蘋果的Firewire等，OHCI由于硬件比較難，所以軟件要求就降低了，軟件相對來說比較簡單。OHCI主要用于非X86的USB，比如擴展卡、嵌入式USB控制器。
- UHCI：全稱是Universal Host Controller Interface，UHCI是Inter主導的一個用于USB1.0/1.1的標準，與OHCI不兼容。與OHCI相比UHCI硬件要求低，但是軟件要求相應就高了，因此硬件成本上就比較低。
- EHCI：全稱是Enhanced Host Controller Interface，是Inter主導的一個用于USB2.0的USB控制器標準。EHCI僅提供USB2.0的高速功能，至于全速和低速功能就由OHCI或UHCI來提供。
- xHCI：全稱是eXtensible Host Controller Interface，是目前最流行的USB3.0控制器標準，在速度、能效和虛擬化等方面比前三個都有較大的提高。xHCI支持所有速度種類的USB設備，xHCI出現(xiàn)的目的就是為了替換前面三個。
通俗來講，OHCI就是FS模式，也就是低速模式，EHCI是HS模式，也就是高速模式。
USB Typec電氣屬性
USB TypeC接口引腳定義
STM32MP157有兩個USB2接口，所以可以直接使用Mini USB或者Micro USB。但是目前USB TypeC接口非常普及，為了方便使用，正點原子STM32MP157開發(fā)板上的USB接口采用了TypeC。
接下來就看一下USB TypeC接口(根據(jù)USB協(xié)議，也叫做USB3.1接口)電氣屬性，由于TypeC功能比較復雜，比如支持PD充電、顯示、音頻等，這里只講解一下TypeC的數(shù)據(jù)
通信部分。首先來看一下TypeC的接口定義，這里只看母頭的引腳定義，如下圖所示：
從上圖中可以看出，標準的USB TypeC有24根線，分為上下兩部分，明顯比前面講的Mini USB要多不少引腳，這些引腳按照功能分類：
- A1、A12、B1、B12：這4個引腳為GND。
- A2、A3、B2、B3：這4個引腳是USB3.1特有的，為超高速差分發(fā)送信號線，這個是USB2.0和USB1.0所沒有的。
- A10、A11、B10、B11：這4個引腳也是USB3.1特有的，為超高速差分接收信號線，這個也是USB2.0和USB1.0所沒有的。
- A4、A9、B4、B9：VBUS引腳，這個USB2.0也有。
- A5、B5：CC1和CC2這2個引腳為USB3.1特有的配置通道引腳。Type-C的插座中有兩個CC腳，USB通信中的角色檢測都是通過CC腳進行的。對于TypeC插頭或者線纜正常只有一個CC引腳，兩個端口連接在一起之后，只存在一個CC引腳連接，通過檢測哪一個CC有連接，就可以判斷連接的方向。如果USB線纜中有需供電的器件，其中一個CC引腳將作為VCONN供電。
對于正點原子linux驅動教程里的USB章節(jié)來說，主要使用CC1和CC2引腳來實現(xiàn)USB OTG功能。 - A8、B8：SBU1和SBU2引腳，這兩個并不是USB信號，而是用作其他功能的，比如TypeC作為DP接口使用的時候SBU用作音頻傳輸通道。
- A6、A7、B6、B7：這4個引腳就是USB2.0的D+和D-，因為USB3.1要兼容USB2.0和USB1.0接口，所以必須要有D+和D-。
仔細看上圖可看出，上下兩排引腳是對應的，比如(A1,B1)、(A2,B2)等，一直到(A12,B12)。這是因為USB3.1要有能夠正反插，因此上下兩排引腳肯定要是一樣的，這樣才能在正反插的時候都能正常工作。
上圖是TypeC接口標準的24P母頭引腳，在進行TypeC母頭選型的時候會發(fā)現(xiàn)也有16P甚至6P封裝的接口。比如正點原子STM32MP157開發(fā)板上使用的就是16P的TypeC母座，16P 的母座引腳結構如下圖所示：
上圖就是16P的TypeC引腳示意圖，從左到右依次是1-16 腳，注意1,2 腳、3,4 腳、13,14 腳和15,16腳離得很近，看起來像是一個引腳，其實他們是兩個引腳。16P對應的引腳功能如下圖所示：
可以看出，相比于標準24P引腳定義，16P的母座少了8根USB3.1高速差分收發(fā)數(shù)據(jù)線。
USB TypeC的Data Role
USB2.0根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸方向定義了HOST/Device/OTG這三種類型的設備角色，其中OTG既可以做HOST也可以做Device，USB2.0的OTG設備接口通過ID線來區(qū)分HOST還是Device。在TypeC領域，也有類似的概念，但是名字變了：
- DFP：DFP全稱是Downstream Facing Port，也就是下行端口，可以理解為HOST，DFP提供VBUS、VCONN，可以接收數(shù)據(jù)。
- UFP：UFP全稱是Upstream Facing Port，也就是上行端口，可以理解為Device，UFP 從VBUS中取電源，UFP設備也可以傳輸數(shù)據(jù)，比如U盤，鍵盤鼠標等。
- DRP：DRP全稱是Dual Role Port，也就是雙角色端口，可以理解為OTG，DRP既可以做DFP，也可以做UFP。也可以在DFP和UFP之間進行動態(tài)切換。這個切換過程就用到了CC引腳，具體識別過程比較復雜，這里就不講解了。如果要在USB TypeC接口上實現(xiàn)DRP功能，那么就需要使用到外置的TypeC芯片！正點原子STM32MP157開發(fā)板使用了STUSB1600或FUSB302MPX這兩種TypeC芯片。這兩種芯片都有一個IIC配置接口，也就是需要編寫驅動程序，否則的話DRP功能無法實現(xiàn)。
硬件原理圖分析
正點原子的STM32MP1開發(fā)板USB部分原理圖可以分為兩部分：USB HUB以及USB OTG。
USB TypeC本來是給USB3.1準備的，單位了方便使用，所以正點原子STM32MP157開發(fā)板也使用了TypeC接口，但是本質上還是USB2.0協(xié)議，所以不要看到TypeC就以為支持USB3.0！
另外，使用TypeC接口實現(xiàn)OTG功能的話就需要外界TypeC芯片！通過專用的TypeC芯片來控制CC引腳實現(xiàn)USB的主從切換。V1.3版本以前的底板使用STUSB1600這顆TypeC芯片，V1.5版本以后的底板都使用FUSB302MPX。
依次來看一下這兩部分的硬件原理圖。
USB HUB原理圖分析
首先來看一下USB HUB原理圖，STM32MP1使用FE2.1這個HUB芯片將STM32MP1的USB2擴展成了7路HOST接口，其中一路供4G模塊使用，因此就剩下了6個通用的USB A插座，原理圖如下圖所示：
上圖中U21就是USB HUB芯片F(xiàn)E2.1，FE2.1是一款符合USB2.0標準的USB HUB芯片，支持一拖七擴展，可以將一路USB擴展為7路USB HOST接口。這里將STM32MP1的USB1擴展出了7路USB HOST接口，分別為HUB_DP1/DM1、HUB_DP2/DM2、HUB_DP3/DM3、HUB_DP4/DM4、HUB_DP5/DM5、HUB_DP6/DM6和HUB_DP7/DM7。其中HUB_DP7/DM7用于4G模塊，因此對外提供的只有六個USB HOST接口，這三個USB HOST接口如下圖所示：
注意，使用FE2.1擴展出來的7路USB接口只能用作HOST！
USB OTG原理圖分析
正點原子的STM32MP1開發(fā)板上還有一路USB OTG接口，使用STM32MP1的USB OTG接口。此路USB OTG既可以作為主機(HOST)，也可以作為從機(DEVICE)，從而實現(xiàn)完整的OTG功能。V1.4版本以前的底板上TypeC芯片使用STUSB1600，V1.5及以后版本的底板使用FUSB302MPX這顆芯片。
現(xiàn)在購買的話都是V1.5以后的版本了，開發(fā)板的USB OTG是使用FUSB302MPX做控制。原理圖如下圖所示：
FUSB302PMX也是負責控制切換主機和從機模式的，MT9700HT5是負載開關，用來控制VBUS輸出，當OTG_PWR_CTRL輸出高電平的時候OUT引腳就輸出5V電壓，也就是VBUS變?yōu)?V。當OTG_PWR_CTRL輸出低電平的時候OUT輸出0V，相當于VBUS關閉。
所以當開發(fā)板上的TypeC接口作為主設備的時候，OTG_PWR_CTRL要輸出高電平，VBUS輸出5V，為外部USB設備供電。當TypeC接口作為從設備的時候，OTG_PWR_CTRL輸出低電平。OTG_PWR_CTRL對應的GPIO 引腳為PZ6。
USB協(xié)議簡介
USB描述符
USB描述符就是用來描述USB信息的，描述符就是一串按照一定規(guī)則構建的字符串，USB設備使用描述符來向主機報告自己的相關屬性信息，常用的描述符如下圖所示：
依次來看一下上圖中這5個描述符的含義。
設備描述符
設備描述符用于描述USB設備的一般信息，USB設備只有一個設備描述符。設備描述符里面記錄了設備的USB版本號、設備類型、VID(廠商 ID)、PID(產品 ID)、設備序列號等。設備描述符結構如下圖所示：
配置描述符
設備描述符的bNumConfigurations域定義了一個USB設備的配置描述符數(shù)量，一個USB設備至少有一個配置描述符。配置描述符描述了設備可提供的接口(Interface)數(shù)量、配置編號、供電信息等，配置描述符結構如下圖所示：
字符串描述符
字符串描述符是可選的，字符串描述符用于描述一些方便閱讀的信息，比如制造商、設備名稱等。如果一個設備沒有字符串描述符，那么其他描述符中和字符串有關的索引值都必須為0，字符串描述符結構如下圖所示：
wLANGID[0]~wLANGID[x]指明了設備支持的語言 ， 具體含義要查閱文檔《USB_LANGIDs.pdf》。
主機會再次根據(jù)自己所需的語言向設備請求字符串描述符，這次主機會指明要得到的字符串索引值和語言。設備返回Unicode編碼的字符串描述符，結構如下圖所示：
接口描述符
配置描述符中指定了該配置下的接口數(shù)量，配置可以提供一個或多個接口，接口描述符用于描述接口屬性。接口描述符中一般記錄接口編號、接口對應的端點數(shù)量、接口所述的類等，接口描述符結構如下圖所示：
端口描述符
接口描述符定義了其端點數(shù)量，端點是設備與主機之間進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪壿嫿涌?#xff0c;除了端點0是雙向端口，其他的端口都是單向的。端點描述符描述了樹傳輸類型、方向、數(shù)據(jù)包大小、端點號等信息，端點描述符結構如下圖所示：
USB數(shù)據(jù)包類型
USB是串行通信，需要一位一位的去傳輸數(shù)據(jù)，USB傳輸?shù)臅r候先將原始數(shù)據(jù)進行打包，所以USB中傳輸?shù)幕締卧褪菙?shù)據(jù)包。根據(jù)用途的不同，USB協(xié)議定義了4種不同的包結構：令牌(Token)包、數(shù)據(jù)(Data)包、握手(Handshake)包和特殊(Special)包。這四種包通過包標識符PID來區(qū)分，PID共有8位，USB協(xié)議使用低4位PID3-PID0，另外的高四位PID7-PID4是PID3-PID0的取反，傳輸順序是PID0、PID1、PID2、PID3…PID7。令牌包的PID1-0為01，數(shù)據(jù)包的PID1-0 為11，握手包的PID1-0為10，特殊包的PID1-0為00。每種類型的包又有多種具體的包，如下圖所示：
一個完整的包分為多個域，所有的數(shù)據(jù)包都是以同步域(SYNC)開始，后面緊跟著包標識符(PID)，最終都以包結束(EOP)信號結束。不同的數(shù)據(jù)包中間位域不同，一般有包目標地址(ADDR)、包目標端點(ENDP)、數(shù)據(jù)、幀索引、CRC等，這個要具體數(shù)據(jù)包具體分析。接下來簡單看一下這些數(shù)據(jù)包的結構。
令牌包
令牌包結構如下圖所示：
上圖是一個SETUP令牌包結構，首先是SYNC同步域，包同步域為00000001，也就是連續(xù)7個0，后面跟一個1，如果是高速設備的話就是31個0后面跟一個1。緊跟著是PID，這里是SETUP包，為0XB4，是0XB4的原因如下：
- ETUP包的PID3-PID0 為1101，因此對應的PID7~PID4就是0010。
- PID傳輸順序為PID0、PID1、PID2…PID7，因此按照傳輸順序排列的話此處的PID就是10110100=0XB4，并不是0X2D。
PID后面跟著地址域(ADDR)和端點(ENDP)，為目標設備的地址和端點號。CRC5域是5位CRC值，是ADDR和ENDP這兩個域的校驗值。最后就是包結束域(EOP)，標記本數(shù)據(jù)包結束。其他令牌包的結構和SETUP基本類似，只是SOF令包中間沒有ADDR和ENDP這兩個域，而是只有一個11位的幀號域。
數(shù)據(jù)包
數(shù)據(jù)包結構如下圖所示：
數(shù)據(jù)包比較簡單，同樣的，數(shù)據(jù)包從SYNC同步域開始，然后緊跟著是PID，這里就是DATA0，PID值為0XC3。接下來就是具體的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)完了以后就是16位的CRC校驗值，最后是EOP。
握手包
握手包結構如下圖所示：
上圖是ACK握手包，很簡單，首先是SYNC同步域，然后就是ACK包的PID，為0X4B，最后就是EOP。其他的NAK、STALL、NYET和ERR握手包結構都是一樣的，只是其中的PID不同而已。
USB傳輸類型
在端點描述符中bmAttributes指定了端點的傳輸類型，一共有4種，本節(jié)來看一下這四種傳輸類型的區(qū)別。
控制傳輸
控制傳輸一般用于特定的請求，比如枚舉過程就是全部由控制傳輸來完成的，比如獲取描述符、設置地址、設置配置等。控制傳輸分為三個階段：建立階段(SETUP)、數(shù)據(jù)階(DATA)和狀態(tài)階段(STATUS)，其中數(shù)據(jù)階段是可選的。建立階段使用SETUP令牌包，SETUP使用DATA0包。數(shù)據(jù)階段是 0 個、1個或多個輸入(IN)/輸出(OUT)事務，數(shù)據(jù)階段的所有輸入事務必須是同一個方向的，比如都為IN或都為OUT。數(shù)據(jù)階段的第一個數(shù)據(jù)包必須是DATA1，每次正確傳輸以后就在DATA0和DATA1之間進行切換。數(shù)據(jù)階段完成以后就是狀態(tài)階段，狀態(tài)階段的傳輸方向要和數(shù)據(jù)階段相反，比如數(shù)據(jù)階段為IN的話狀態(tài)階段就要為OUT，狀態(tài)階段使用DATA1包。比如一個讀控制傳輸格式如下圖所示：
同步傳輸
同步傳輸用于周期性、低時延、數(shù)據(jù)量大的場合，比如音視頻傳輸，這些場合對于時延要求很高，但是不要求數(shù)據(jù)100%正確，允許有少量的錯誤。因此，同步傳輸沒有握手階段，即使數(shù)據(jù)傳輸出錯了也不會重傳。
批量傳輸
批量傳輸就是用于大批量傳輸大塊數(shù)據(jù)的，這些數(shù)據(jù)對實時性沒有要求，比如MSD類設備(存儲設備)，U盤之類的。批量傳輸分為批量讀(輸入)和批量寫(輸出)，如果是批量讀的話第一階段就是IN令牌包，如果是批量寫那么第一階段就是OUT令牌包。
就以批量寫為例簡單介紹一下批量傳輸過程：
- 主機發(fā)出OUT令牌包，令牌包里面包含了設備地址、端點等信息。
- 如果OUT令牌包正確的話，也就是設備地址和端點號匹配，主機就會向設備發(fā)送一個數(shù)據(jù)(DATA)包，發(fā)送完成以后主機進入接收模式，等待設備返回握手包，一切都正確的話設備就會向主機返回一個ACK握手信號。
批量讀的過程剛好相反：
- 主機發(fā)出IN令牌包，令牌包里面包含了設備地址、端點等信息。發(fā)送完成以后主機就進入到數(shù)據(jù)接收狀態(tài)，等待設備返回數(shù)據(jù)。
- 如果IN令牌包正確的話，設備就會將一個DATA包放到總線上發(fā)送給主機。主機收到這個DATA包以后就會向設備發(fā)送一個ACK握手信號。
中斷傳輸
這里的中斷傳輸并不是傳統(tǒng)意義上的硬件中斷，而是一種保持一定頻率的傳輸，中斷傳輸適用于傳輸數(shù)據(jù)量小、具有周期性并且要求響應速度快的數(shù)據(jù)，比如鍵盤、鼠標等。中斷的端點會在端點描述符中報告自己的查詢時間間隔，對于時間要求嚴格的設備可以采用中斷傳輸。
USB枚舉
當USB設備與USB主機連接以后主機就會對USB設備進行枚舉，通過枚舉來獲取設備的
描述符信息，主機得到這些信息以后就知道該加載什么樣的驅動、如何進行通信等。USB 枚舉過程如下：
- 第一回合，當USB主機檢測到USB設備插入以后機會發(fā)出總線復位信號來復位設備。USB設備復位完成以后地址為0，主機向地址0的端點0發(fā)送數(shù)據(jù)，請求設備的描述符。設備得到請求以后就會按照主機的要求將設備描述符發(fā)送給主機，主機得到設備發(fā)送過來的設備描述符以后，如果確認無誤就會向設備返回一個確認數(shù)據(jù)包(ACK)。
- 第二回合，主機再次復位設備，進入地址設置階段。主機向地址0的端點0發(fā)送設置地址請求數(shù)據(jù)包，新的設備地址就包含在這個數(shù)據(jù)包中，因此沒有數(shù)據(jù)過程。設備進入狀態(tài)過程，等待主機請求狀態(tài)返回，收到以后設備就會向主機發(fā)送一個0字節(jié)狀態(tài)數(shù)據(jù)包，表明設備已經設置好地址了，主機收到這個0字節(jié)狀態(tài)數(shù)據(jù)包以后會返回一個確認包(ACK)。設備收到主機發(fā)送的ACK包以后就會使用這個新的設備地址，至此設備就得到了一個唯一的地址。
- 第三回合，主機向新的設備地址端點0發(fā)送請求設備描述符數(shù)據(jù)包，這一次主機要獲取整個設備描述符，一共是18個字節(jié)。
- 和第3步類似，接下來依次獲取配置描述符、配置集合、字符串描述符等等。
STM32MP1 USB HOST驅動編寫
接下來就開始編寫USB HOST的驅動。USB子系統(tǒng)是一個標準和復雜的接口，所以驅動基本不用寫，都是內核里有現(xiàn)成的，只需要在設備樹提供對應的設備節(jié)點即可。
之前的學習有說到USBH是只能主機模式，要編寫USB HOST就用USBH控制器即可。ST官方的STM3MP157C-DK2開發(fā)板已經配置好了USBH的節(jié)點信息，所以直接參考此節(jié)點即可，這樣開發(fā)板就能夠使用 USB Host 模式。
USBH控制器節(jié)點信息
打開“stm32mp151.dtsi”文件，找到USBH兩個控制器的節(jié)點信息，名字分別為“usbh_ohci”和“usbh_ehci”。如下示例代碼所示：
示例代碼 50.4.1 USBH 下兩個控制器節(jié)點信息
1 usbh_ohci: usbh-ohci@5800c000 {
2 compatible = "generic-ohci";
3 reg = <0x5800c000 0x1000>;
4 clocks = <&rcc USBH>;
5 resets = <&rcc USBH_R>;
6 interrupts = <GIC_SPI 74 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
7 status = "disabled";
8 };
9
10 usbh_ehci: usbh-ehci@5800d000 {
11 compatible = "generic-ehci";
12 reg = <0x5800d000 0x1000>;
13 clocks = <&rcc USBH>;
14 resets = <&rcc USBH_R>;
15 interrupts-extended = <&exti 43 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
16 companion = <&usbh_ohci>;
17 power-domains = <&pd_core>;
18 wakeup-source;
19 status = "disabled";
20 };
從上面的代碼可以知道USBH是支持USB2.0和USB1.1的。使用USB2.0就要配置usbh_ehci節(jié)點，使用USB1.1就要配置usbh_ohci 節(jié)點。這兩個節(jié)點的信息是不需要修改的，這是STM32MP1一些通用配置信息。需要做的就是在stm32mp157d-atk.dts文件中追加對應屬性信息，然后status屬性值改為“okay”，還要配置USBH使用哪個PHY端口。根據(jù)兩個節(jié)點的compatible屬性找到對應的驅動路徑為：drivers/usb/host/ohci-platform.c和drivers/usb/host/ehci-platform.c。
配置PHY控制器
先了解一下PHY控制器，一些通用配置，打開 stm32mp151.dtsi文件，找的如下內容所示：
示例代碼 50.4.2 usbphyc 控制器節(jié)點信息
1 usbphyc: usbphyc@5a006000 {
2 #address-cells = <1>;
3 #size-cells = <0>;
4 #clock-cells = <0>;
5 compatible = "st,stm32mp1-usbphyc";
6 reg = <0x5a006000 0x1000>;
7 clocks = <&rcc USBPHY_K>;
8 resets = <&rcc USBPHY_R>;
9 vdda1v1-supply = <®11>;
10 vdda1v8-supply = <®18>;
11 status = "disabled";
12
13 usbphyc_port0: usb-phy@0 {
14 #phy-cells = <0>;
15 reg = <0>;
16 };
17
18 usbphyc_port1: usb-phy@1 {
19 #phy-cells = <1>;
20 reg = <1>;
21 };
22 };
示例代碼50.4.1.2 usbphyc節(jié)點就是STM32MP1的USB PHY。已經知道PHY控制器有兩個端口，剛好usbphyc節(jié)點里有兩個子節(jié)點名字分別為：usbphyc_port0和usbphyc_port1，這兩個子節(jié)點就是PHY控制器的兩個端口，其中usbphyc_port0只能分配給USB Host。注意：“#phy-cells”屬性和“#gpio-cells”屬性作用是一樣的，如果#phy-cells為1，表示一個cell，此cell表示端口做USBH的PHY端口還是OTG的PHY端口，0表示做OTG的PHY端口，1表示做USBH的PHY端口。
打開“stm32mp15xx-dkx.dtsi”文件找到“usb_phy_tuning”節(jié)點，把此節(jié)點的內容拷貝到stm32mp157d-atk.dts的根目錄下，拷貝內容如下所示：
示例代碼 50.4.3 添加的 usb_phy_tuning 節(jié)點信息
1 usb_phy_tuning: usb-phy-tuning {
2 st,hs-dc-level = <2>;
3 st,fs-rftime-tuning;
4 st,hs-rftime-reduction;
5 st,hs-current-trim = <15>;
6 st,hs-impedance-trim = <1>;
7 st,squelch-level = <3>;
8 st,hs-rx-offset = <2>;
9 st,no-lsfs-sc;
10 };
usb_phy_tuning此節(jié)點負責調整PHY的配置，對于此節(jié)點的屬性內容感興趣的可以去看Documentation/devicetree/bindings/phy/phy-stm32-usbphyc.yaml文件 。 接著還是在stm32mp157d-atk.dts文件中使能usbphyc以及向usbphyc_port0節(jié)點追加的內容，要修改的如下所示：
示例代碼 50.4.4 使能 usbphyc 和追加 usbphyc_port0 的內容
1 &usbphyc {
2 status = "okay";
3 };
4
5 &usbphyc_port0 {
6 phy-supply = <&v3v3>;
7 st,phy-tuning = <&usb_phy_tuning>;
8 };
第2行，這里把usbphyc的status屬性修改為“okay”，使能usbphyc。
第6行，給usbphyc_port0節(jié)點追加phy-supply屬性，添加一個電源管理屬性。
第7行，把要修改的PHY配置，添加到usbphyc_port0節(jié)點里。
配置usbh_ehci
最后在stm32mp157d-atk.dts文件，使能usbh_ehci和指定PHY端口。
示例代碼 50.4.5 追加 usbh_ehci 節(jié)點內容
1 &usbh_ehci {
2 phys = <&usbphyc_port0>;
3 status = "okay";
4 };
這里的內容很簡單，就是修改status屬性為“okay”和指定使用usbphyc_port0端口。修改完就重新編譯設備樹，使用新的stm32mp157d-atk.dtb設備樹重新啟動開發(fā)板。就會有以下輸出所示：
如果有上圖這些輸出信息，說明usb host驅動加載到內核了。
Linux內核自帶Host實驗
USB鼠標鍵盤測試
首先做一下USB HOST試驗，也就是正點原子的STM32MP1開發(fā)板做USB主機，然后外接USB設備，比如USB鼠標鍵盤、USB 轉TTL串口線、U盤等設備。Linux內核已經集成了大量的USB設備驅動，尤其是常見的USB鼠標鍵盤、U盤等，本節(jié)就來學習一下如何使能Linux內核常見的USB設備驅動。
USB鼠標鍵盤驅動使能
USB鼠標鍵盤屬于HID設備，內核已經集成了相應的驅動，ST官方提供的linux內核默認已經使能了USB鼠標鍵盤驅動，但是還要學習一下如何手動使能這些驅動。輸入“make
menuconfig”，打開linux內核配置界面，首先打開HID驅動，按照如下路徑到相應的配置項目：
| -> Device Drivers -> HID support -> HID bus support -> <*> Generic HID driver //使能通用 HID 驅動 |
使能后結果如下圖所示：
接下來需要使能USB鍵盤和鼠標驅動，配置路徑如下：
| -> Device Drivers -> HID support -> USB HID support -> <*> USB HID transport layer //USB 鍵盤鼠標等 HID 設備驅動 |
使能后如下圖所示：
可以將光標放到上圖中“USB HID Transport layer”這一行，然后按下“?”鍵打開對應的幫助信息就可以看到對于這個配置項的描述，簡單總結一下：
此選項對應配置項就是CONFIG_USB_HID，也就是USB接口的HID設備。如果要使用USB接口的keyboards(鍵盤)、mice(鼠標)、joysticks(搖桿)、graphic tablets(繪圖板)等其他的HID設備，那么就需要選中“USB HID Transport layer”。但是要注意一點，此驅動和HIDBP(Boot Protocol)鍵盤、鼠標的驅動不能一起使用！所以要是在網(wǎng)上查閱linux內核USB鍵盤鼠標驅動的時候，發(fā)現(xiàn)推薦使用“USB HIDBP Keyboard (simple Boot) support”和“USB HIDBP Mouse (simple Boot) support”這兩個配置項的時候也不要覺得教程這里寫錯了。
測試USB鼠標和鍵盤
完成以后重新編譯linux內核并且使用得到的 uImage啟動開發(fā)板。啟動以后插入USB鼠標，會有如下圖所示的提示信息：
從上圖可以看出，系統(tǒng)檢測到了鼠標，如果成功驅動的話就會在/dev/input目錄下生成一個名為eventX(X=0,1,2,3…)的文件，這個就是前面講的輸入子系統(tǒng)，鼠標和鍵盤都是作為輸入子系統(tǒng)設備的。教程中這里對應的就是/dev/input/event1這個設備，使用如下命令查看鼠標的原始輸入值，結果如下圖：
上圖就是鼠標作為輸入子系統(tǒng)設備的原始輸入值，這里就不去分析了，在移植GUI圖形庫以后就可以直接使用鼠標，比如QT等。
最后再來測試一下USB鍵盤，屏幕已經驅動起來了，所以可以直接將屏幕作為終端，然后接上鍵盤直接輸入命令來進行各種操作。首先將屏幕設置為控制臺，打開開發(fā)板根文件系統(tǒng)中的/etc/inittab文件，然后在里面加入下面這一行：
| tty1::askfirst:-/bin/sh |
完成以后重啟開發(fā)板，此時屏幕就會作為終端控制臺，會有“Please press Enter to activate
this console.”這樣提示，如下圖所示：
接上鍵盤，然后根據(jù)上圖中的提示，按下鍵盤上的Enter(回車)鍵即可使能LCD屏幕控制臺，然后就可以輸入各種命令來執(zhí)行相應的操作，如下圖所示：
U盤實驗
ST提供的Linux內核默認也已經使能了U盤驅動，因此可以直接插上去使用。但是還是需要學習一下如何手動配置Linux內核，使能U盤驅動。
使能U盤驅動
U盤使用SCSI協(xié)議，因此要先使能Linux內核中的SCSI協(xié)議，配置路徑如下：
| -> Device Drivers -> SCSI device support -> <*> SCSI disk support //選中此選項 |
結果如下圖所示：
還需要使能USB Mass Storage，也就是USB 接口的大容量存儲設備，配置路徑如下：
| -> Device Drivers -> USB support -> USB Gadget Support -> USB Gadget functions configurable through configfs -> [*] Mass storage //選中 |
結果如下圖所示：
U盤測試
準備好一個U盤，注意U盤要為FAT32格式的！NTFS和exFAT由于版權問題所以在Linux下支持的不完善，操作的話可能會有問題，比如只能讀，不能寫或者無法識別等。準備好以后將U盤插入到開發(fā)板USB HUB擴展出來的HOST接口上，此時會輸出如下圖所示信息：
從上圖可以看出，系統(tǒng)檢測到U盤插入，大小為16GB對應的設備文件為/dev/sda和/dev/sda1，可以查看一下/dev目錄下有沒有sda和sda1這兩個文件。/dev/sda是整個U盤，/dev/sda1是U盤的第一個分區(qū)，一般使用U盤的時候都是只有一個分區(qū)。要想訪問U盤需要先對U盤進行掛載，理論上掛載到任意一個目錄下都可以，這里可以創(chuàng)建一個/mnt/usb_disk目錄，然后將U盤掛到/mnt/usb_disk目錄下，命令如下：
| mkdir /mnt/usb_disk -p //創(chuàng)建目錄 mount /dev/sda1 /mnt/usb_disk/ -t vfat -o iocharset=utf8 //掛載 |
-t指定掛載所使用的文件系統(tǒng)類型，這里設置為vfat，也就是FAT文件系統(tǒng)，“-o iocharset”
設置硬盤編碼格式為utf8，否則的話U盤里面的中文會顯示亂碼！
掛載成功以后進入到/mnt/usb_disk目錄下，輸入ls命令查看U盤文件，如下圖所示：
至此U盤就能正常讀寫操作了，直接對/mnt/usb_disk目錄進行操作就行了。如果要拔出U盤要執(zhí)行一個sync命令進行同步，然后在使用unmount進行U盤卸載，命令如下所示：
| sync //同步 cd / //如果處于/mnt/usb_disk 目錄的話先退出來，否則卸載的時候提示設//備忙，導致卸載失敗，切記！ umount /mnt/usb_disk //卸載 |
Linux內核自帶USB OTG實驗
STUSB1600設備樹編寫
STUSB1600是ST出的一款TypeC 芯片，也是ST官方開發(fā)板搭配STM32MP1的。STUSB1600的驅動設備樹編寫參考文檔“Documentation/devicetree/bindings/usb/st,typec-stusb.txt”。此文檔描述了STUSB1600 設備相關信息。
USB OTG控制器節(jié)點信息
進入到Linux內核源碼目錄，打開arch/arm/boot/dts/stm32mp151.dtsi 設備樹文件，在這個設備樹文件有一個usbotg_hs節(jié)點，此節(jié)點就是USB OTG控制器節(jié)點，內容如下：
示例代碼 50.6.1.1 usbotg_hs 控制器
1 usbotg_hs: usb-otg@49000000 {
2 compatible = "st,stm32mp1-hsotg", "snps,dwc2";
3 reg = <0x49000000 0x10000>;
4 clocks = <&rcc USBO_K>;
5 clock-names = "otg";
6 resets = <&rcc USBO_R>;
7 reset-names = "dwc2";
8 interrupts-extended = <&exti 44 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
9 g-rx-fifo-size = <512>;
10 g-np-tx-fifo-size = <32>;
11 g-tx-fifo-size = <256 16 16 16 16 16 16 16>;
12 dr_mode = "otg";
13 usb33d-supply = <&usb33>;
14 power-domains = <&pd_core>;
15 wakeup-source;
16 status = "disabled";
17 };
示例代碼50.6.1.1中的usbotg_hs節(jié)點不需要修改，這里只是查看一下usbotg_hs完整節(jié)點信息。根據(jù)第2行的compatible屬性就是可以找到STM32MP1的usbotg_hs驅動源文件，驅動文件名為drivers/usb/dwc2/params.c。第12行，dr_mode屬性用來配置控制器做otg功能還是host功能，不配置此屬性默認為otg功能。第16行的status屬性為disabled，所以usbotg_hs默認關閉的，如果要使能就是要修改status屬性為 okay、配置一個PHY端口和設置使用那個控制器去控制usbotg_hs。
使能usbotg_hs節(jié)點
首先先去配置PHY接口，在stm32mp157d-atk.dts文件中追加usbphyc_port1節(jié)點，內容如下所示：
示例代碼 50.6.1.2 usbphyc_port1 節(jié)點配置
1 &usbphyc_port1 {
2 phy-supply = <&vdd_usb>;
3 st,phy-tuning = <&usb_phy_tuning>;
4 };
注意：要先使能usbphyc節(jié)點，這里在USB HOST實驗已經使能就不用配置。
接著去追加usbotg_hs的相關屬性信息。追加的內容如下所示：
示例代碼 50.6.1.3 usbotg_hs 節(jié)點內容
1 &usbotg_hs {
2 phys = <&usbphyc_port1 0>;
3 phy-names = "usb2-phy";
4 usb-role-switch;
5 status = "okay";
6
7 port {
8 usbotg_hs_ep: endpoint {
9 remote-endpoint = <&con_usbotg_hs_ep>;
10 };
11 };
12 };
第2行，配置usbotg_hs的PHY接口，這里0表示為OTG USB的PHY端口。
第5行，把status屬性改為okay，使能usbotg_hs。
第7-11行，添加了一個port節(jié)點，第9行指定usbotg_hs 節(jié)點使用con_usbotg_hs_ep做控制器，con_usbotg_hs_ep會在STUSB1600節(jié)點里創(chuàng)建。
最后還需要添加vdd_usb電源節(jié)點，因為示例代碼50.6.1.2中的usbphyc_port1節(jié)點需要用到vdd_usb節(jié)點，在stm32mp157d-atk.dts中添加vdd_usb電源節(jié)點，在根節(jié)點下添加內容如下：
示例代碼 50.6.1.4 vdd_usb 電源節(jié)點
1 vdd_usb: regulator-vdd-usb {
2 compatible = "regulator-fixed";
3 regulator-name = "vdd_usb";
4 regulator-min-microvolt = <3300000>;
5 regulator-max-microvolt = <3300000>;
6 regulator-always-on;
7 regulator-boot-on;
8 };
使能I2C1節(jié)點
控制Typec的芯片是STUSB1600，此芯片是使用I2C協(xié)議和CPU進行通訊，所以要使能I2C1。把示例代碼50.6.1.4拷貝到stm32mp157d-atk.dts文件里，代碼如下所示：
示例代碼 50.6.1.5 使能 i2c1 節(jié)點
1 &i2c1 {
2 pinctrl-names = "default", "sleep";
3 pinctrl-0 = <&i2c1_pins_b>;
4 pinctrl-1 = <&i2c1_pins_sleep_b>;
5 status = "okay";
6 };
正點原子STM32MP157開發(fā)板I2C1_SCL和I2C1_SDA這兩個引腳為PF14和PF15。這兩個引腳的pinctrl配置已經在stm32mp15-pinctrl.dtsi文件里面提供了，如果使用的其他引腳需要自行配置。
配置STUSB1600節(jié)點
先配置STUSB1600的中斷引腳電氣屬性和電源管理，STUSB1600中斷引腳為PG2，在stm32mp15-pinctrl.dtsi文件中輸入如下內容：
示例代碼 50.6.1.6 stusb1600 中斷電氣屬性
1 stusb1600_pins_b: stusb1600-0 {
2 pins {
3 pinmux = <STM32_PINMUX('G', 2, ANALOG)>;
4 bias-pull-up;
5 };
6 };
把STUSB1600的中斷引腳改為內部上拉。因為USB OTG需要5V電源管理，前面沒有此配置，所以要一個5V的電源配置，在根節(jié)點下添加如下示例代碼所示：
示例代碼 50.6.1.7 5V 的 vin 節(jié)點
1 vin: regulator-vin {
2 compatible = "regulator-fixed";
3 regulator-name = "vin";
4 regulator-min-microvolt = <5000000>;
5 regulator-max-microvolt = <5000000>;
6 regulator-always-on;
7 regulator-boot-on;
8 };
接下來配置STUSB1600節(jié)點，此節(jié)點屬于I2C1的子節(jié)點。STUSB1600的配置內容如下所示：
示例代碼 50.6.1.8 stusb1600 節(jié)點信息
1 stusb1600@28 {
2 compatible = "st,stusb1600";
3 reg = <0x28>;
4 interrupts = <2 IRQ_TYPE_EDGE_FALLING>;
5 interrupt-parent = <&gpiog>;
6 pinctrl-names = "default";
7 pinctrl-0 = <&stusb1600_pins_b>;
8 status = "okay";
9 vdd-supply = <&vin>;
10
11 connector {
12 compatible = "usb-c-connector";
13 label = "USB-C";
14 power-role = "dual";
15 power-opmode = "default";
16
17 port {
18 con_usbotg_hs_ep: endpoint {
19 remote-endpoint = <&usbotg_hs_ep>;
20 };
21 };
22 };
23 };
示例代碼50.6.1.7代碼中可以分為兩個部分：第1-9行屬于控制STUSB1600芯片相關屬性，第11-22行屬于Typec端口相關屬性。
第2行，compatible的屬性值為“st,stusb1600”，在Linux源碼目錄下，搜索此屬性值，會找到stusb1600的驅動源碼為drivers/usb/typec/typec_stusb.c。
第3行，reg屬性值為“0x28”，stusb1600芯片通訊地址為0x28。
第4-5行，設置中斷相關配置，中斷觸發(fā)為下降沿觸發(fā)。
第6-7行，設置中斷的電氣屬性。
第9行，設置電源配置。
第12-15行，可以查看Documentation/devicetree/bindings/connector/usb-connector.txt 文件。
第17-20行，定義了一個con_usbotg_hs_ep端口，同時指定此端口連接到usbotg_hs節(jié)點的usbotg_hs_ep端口。
重新編譯設備樹，使用新的stm32mp157d-atk.dtb 文件去啟動開發(fā)板。
FUSB302驅動移植
在上一小節(jié)已經完成了一部分的設備樹配置，由于只是改了USB TypeC的芯片，所以只需要把STUSB1600相關的部分改為FUSB302 即可。其實就是上一小節(jié)前面的1-3小點不用修改，只需要改第4小點。
首先配置FUSB302的中斷電氣屬性，配置如下所示：
示例代碼 50.6.2.1 fusb302 中斷電氣屬性
1 fusb302_pins_a: fusb302-0 {
2 pins {
3 pinmux = <STM32_PINMUX('G', 2, ANALOG)>;
4 bias-pull-up;
5 };
6 };
在 stm32mp157d-atk.dts文件中添加頭文件“dt-bindings/usb/pd.h”，如下圖所示：
接著配置FUSB302節(jié)點，配置的代碼如下所示：
示例代碼 50.6.2.2 fusb302 節(jié)點信息
1 fusb302@22 {
2 compatible = "fcs,fusb302","fairchild,fusb302";
3 reg = <0x22>;
4 pinctrl-names = "default";
5 pinctrl-0 = <&fusb302_pins_a>;
6 int-n-gpios = <&gpiog 2 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
7 vbus-5v-gpios = <&gpioz 6 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
8 status = "okay";
9
10 connector {
11 compatible = "usb-c-connector";
12 label = "USB-C";
13 power-role = "dual";
14 power-opmode = "default";
15
16 try-power-role = "sink";
17 source-pdos = <PDO_FIXED(5000, 3000, PDO_FIXED_USB_COMM)>;
18 sink-pdos = <PDO_FIXED(5000, 3000, PDO_FIXED_USB_COMM)
19 PDO_VAR(3000, 12000, 3000)
20 PDO_PPS_APDO(3000, 11000, 3000)>;
21 op-sink-microwatt = <10000000>;
22 port {
23 con_usbotg_hs_ep: endpoint {
24 remote-endpoint = <&usbotg_hs_ep>;
25 };
26 };
27 };
28 };
fusb302的設備樹沒有使用電源管理，而是用PZ6 引腳去控制電壓。其它的屬性和stusb1600一樣。
最后就是去改驅動了，Linux內核提供的fusb302驅動是沒讀取connector相關的屬性，所以此驅動是不能使用。在github里找到了可用的fusb302驅動，改動的部分是如何讀取connector節(jié)點和使用PZ6引腳控制電壓。想看如何修改的，可以用文件對比軟件，就能知道修改了那些內容。將25_fusb302目錄的fusb302.c和fusb302.h文件拷貝到linux源碼下的drivers/usb/typec/tcpm目錄里，注意要把原來的fusb302.c覆蓋掉，拷貝結果如下圖所示：
拷貝完成后，進入內核的配置選項圖形界面，配置路徑如下：
| -> Device Drivers -> USB support -> USB Type-C Support -> USB Type-C Port Controller Manager -> <*> Fairchild FUSB302 Type-C chip driver //選中 |
如下圖所示：
重新編譯設備樹和內核，使用新的設備樹stm32mp157d-atk.dtb和內核uImage去啟動開發(fā)
板，有如下圖打印信息，說明加載驅動成功。如圖所示：
OTG主機實驗
系統(tǒng)重啟成功以后就可以正常使用USB_OTG接口，OTG既可以做主機，也可以做從機，做主機的話測試方法和之前的測試一模一樣，直接在正點原子的USB_OTG接口上使用Typec OTG線接入鼠標鍵盤、U盤等設備。USB_OTG接口如下所示：
OTG從機實驗
OTG從機就是將開發(fā)板作為一個USB設備連接到其他的主機上，這里來做兩個USB從機實驗：模擬U盤以及USB聲卡。
模擬U盤實驗
模擬U盤實驗就是將開發(fā)板當做一個U盤，可以將開發(fā)板上的U盤或者TF卡掛載到PC上，首先需要配置Linux，配置路徑如下：
| -> Device Drivers -> USB support -> USB Gadget Support -> < > USB Gadget functions configurable through configfs //不要編譯進內核 -> USB Gadget precomposed configurations ( [=m]) -> Mass Storage Gadget //大容量存儲 |
結果如下圖所示：
這里需要將驅動編譯為模塊！使用的時候直接輸入命令加載驅動模塊即可。配置好
以后執(zhí)行下面這些命令重新編譯Linux內核、編譯模塊：
| make uImage LOADADDR=0XC2000040 -j32 make modules -j32 |
編譯完成后會得到3個.ko內核模塊文件，對應路徑為：
| drivers/usb/gadget/libcomposite.ko drivers/usb/gadget/function/usb_f_mass_storage.ko drivers/usb/gadget/legacy/g_mass_storage.ko |
將上述三個.ko 模塊拷貝到開發(fā)板根文件系統(tǒng)/lib/modules/5.4.31目錄下，如圖所示：
拷貝完成以后使用新編譯出來的uImage啟動開發(fā)板，在開發(fā)板上插入一個U盤，記住這個U盤對應的設備文件，比如這里是/dev/sda 和/dev/sda1，以后要將/dev/sda1掛載到PC上，也就是把/dev/sda1作為模擬U盤的存儲區(qū)域。
使用TypeC數(shù)據(jù)線將開發(fā)板和電腦連接，連接好以后依次加載libcomposite.ko、usb_f_mass_storage.ko和g_mass_storage.ko這三個驅動文件，順序不能錯了！命令如下：
| depmod modprobe libcomposite.ko modprobe usb_f_mass_storage.ko modprobe g_mass_storage.ko file=/dev/sda1 removable=1 |
加載g_mass_storage.ko的時候使用file參數(shù)指定使用的大容量存儲設備，這里使用U盤對應的/dev/sda1。如果加載成功的話電腦就會出現(xiàn)一個U盤，這個U盤就是開發(fā)板模擬的，可以直接在電腦上對這個U盤進行讀寫，實際上就是操作插在開發(fā)板上的U盤。操作完成后要退出需要執(zhí)行如下命令：
| rmmod g_mass_storage.ko rmmod usb_f_mass_storage.ko rmmod libcomposite.ko |
注意！不要將開發(fā)板上的EMMC或者NAND作為模擬U盤的存儲區(qū)域，因為linux下EMMC和NAND使用的文件系統(tǒng)一般都是EXT3/EXT4和UBIFS，這些文件系統(tǒng)類型和windows下的不兼容，如果掛載的話就會在windows下提示要格式化U盤！
USB聲卡實驗
USB聲卡就是USB接口的外置聲卡，一般電腦內部都自帶了聲卡，但是內部自帶的聲卡效果相對來說比較差，不能滿足很多HIFI玩家的需求。USB聲卡通過USB接口來傳遞音頻數(shù)據(jù)，具體的ADC和DAC過程由聲卡完成，擺脫了電腦主板體積的限制，外置USB聲卡就可以做的很好。STM32MP1開發(fā)板板載了音頻解碼芯片，因此可以將STM32MP1開發(fā)板作為一個外置USB聲卡，配置Linux內核，配置路徑如下：
| -> Device Drivers -> USB suppor -> USB Gadget Support -> USB Gadget precomposed configurations -> Audio Gadget //選中音頻，編譯為模塊 -> UAC 1.0 //選中 -> [*] UAC 1.0 (Legacy) //選中 UAC |
配置如下圖所示：
注意，這里也是編譯為驅動模塊，配置完成以后重新編譯內核、編譯模塊，會得到3個驅動模塊文件，模塊文件路徑如下：
| drivers/usb/gadget/libcomposite.ko drivers/usb/gadget/function/usb_f_uac1_legacy.ko drivers/usb/gadget/legacy/g_audio.ko |
將上述三個.ko模塊文件拷貝到開發(fā)板根文件系統(tǒng)/lib/modules/5.4.31目錄下，拷貝完成以后使用新編譯出來的uImage啟動開發(fā)板，首先要按照之前學習的音頻驅動的方法配置STM32MP1的聲卡，保證聲卡播放正常！使用Typec數(shù)據(jù)線將開發(fā)板與電腦連接起來，最后依次加載 libcomposite.ko、usb_f_uac1_legacy.ko和g_audio.ko這三個驅動模塊，命令如下：
| depmod modprobe libcomposite.ko modprobe usb_f_uac1_legacy.ko modprobe g_audio.ko |
加載完成以后稍等一會虛擬出一個USB聲卡，打開電腦的設備管理器，選擇“聲音、視頻和游戲控制器”，會發(fā)現(xiàn)有一個名為“AC Interface”設備，如下圖所示：
上圖中的“AC Interface”就是開發(fā)板模擬出來的USB聲卡，設置Windows，選擇音頻輸出使用“AC Interface”，Windows10設置如下圖所示：
一切設置好以后就可以從開發(fā)板上聽到電腦輸出的聲音，此時開發(fā)板就完全是一個USB聲
卡設備了。
關于USB驅動就講解到這里，本章并沒有深入到USB驅動具體編寫方式，只是對USB的協(xié)議做了簡單的介紹，后面講解了一下Linux內核自帶的USB HOST和DEVICE驅動的使用，Linux 內核已經集成了大量的USB設備驅動，至于其他特殊的就需要具體情況具體分析了。
總結
本章的學習重點，主要就是對USB設備做了一個大致的了解，然后對USB的傳輸協(xié)議大致做了介紹，這一部分可以多看看，如果之后想做項目有要用到USB設備的話這一部分要多琢磨一下。
然后就是具體的STM32MP157開發(fā)板的USB驅動的使用。
對于USB HOST來說，這一部分需要在設備樹中(.dts)，在根節(jié)點下添加usb_phy_tuning節(jié)點(可以直接從stm32mp15xx-dkx.dtsi復制)，然后在設備樹中添加usbphyc和usbphyc_port0的節(jié)點，之后在添加usbh_ehci節(jié)點。
以上就配置完成了，之后要具體使用USB驅動設備的話，就進入Linux內核里面取使能對應設備就可以了。
至于USB OTG的驅動，因為我這邊新買的肯定是最新的，就是FUSB302芯片。在設備樹里面追加usbphyc_port1節(jié)點，然后再加一個usbotg_hs節(jié)點，然后在根節(jié)點加上usbphyc_port1所需要的vdd_usb節(jié)點；之后添加i2c1節(jié)點并使能；最后配置fusb302的電氣屬性，在i2c1節(jié)點下添加fusb302節(jié)點。最后再修改一下驅動，把提供的驅動文件拷貝到drivers/usb/typec/tcpm目錄里面，最后進入內核配置使能FUSB302配置就可以了。
OTG主機實驗和HOST是一樣的；從機就需要先進入內核配置使能，然后需要“make modules”并按照前面寫的復制.ko到/lib/modules/5.4.31然后按照順序來modprobe，最后不用了就rmmod就可以了。