一种基于STM32的USB接口数据通信方法研究 .pdfVIP

STM32USB

摘要

随着USB接口的普及，USB接口在各种数据传输时使用越来越广泛。

而STM32芯片作为一种低成本、高性能的嵌入式芯片，其内置的USB接

口功能能够帮助设计者实现USB设备，从而实现主机与设备的数据通信。

本文将介绍一种基于STM32芯片的USB接口数据通信方法，包括USB

的软件架构设计、USB的硬件电路设计以及数据传输流程的实现。

关键词：STM32，USB，数据通信，软件设计，硬件设计

一、引言

USB(UniversalSerialBus)接口已经成为现代计算机中最通用和流

行的接口之一，几乎所有的个人电脑、笔记本电脑、智能手机和其他电

子设备都带有USB接口。USB通信可以用于设备与计算机之间的数据传

输、信息采集、控制等领域。而STM32芯片又是目前市面最为流行的一

款嵌入式芯片，其内置的USB接口功能在数据通信技术中发挥着重要的

作用。本文将介绍一种基于STM32芯片的USB接口通信方法，包括软件

与硬件两方面的设计。

二、USB的软件架构设计

在STM32芯片上实现USB功能，需要先对其软件架构进行设计。

USB软件的设计涉及到3个方面的问题：USB设备、USB接口驱动和

USB协议栈。

1、USB设备：USB设备是USB设备架构的核心，它需要满足USB

的规格要求，并且包含了数据缓存区、寄存器和其他关键的USB接口组

件。因此，实现USB设备需要编写驱动程序和数据传输协议，主机端调

用该接口完成数据传输，向USB设备发送数据时称之为OUT端点，从

USB设备接收数据时称之为IN端点。

2、USB接口驱动：USB接口驱动是用于与USB设备进行通信的软

件，它支持各种不同的USB设备、USB总线和USB主控芯片，能够完成

设备的初始化、寄存器的读写以及数据的发送和接收。

3、USB协议栈：USB协议栈是实现USB协议必要的软件，是独立

存在的USB软件单元。USB协议栈主要处理一些与USB接口相关的底层

驱动程序，如控制传输、中断传输和批量传输等。

三、USB的硬件电路设计

STM32芯片的USB功能需要基于一些电路组件实现。硬件电路主要

包括USB集线器、USB控制器和USB外设，其中USB控制器部分由

STM32芯片的内部集成电路实现，物理结构包括USBPHY(物理层)和

USB内核，而USB集线器和USB外设则需通过电路外围件组合实现。

USB集线器通常使用USB转向器芯片，可从单端口扩展为多端口，

以实现USB接口的扩展；而USB外设则通常分为主机端开发板和设备端

开发板，主机端开发板能够将USB信号转发到PC端，以实现通讯，设

备端开发板通常具有各种接口，可衔接外设，如USB摄像头、USB鼠标、

USB键盘等。

四、数据传输流程的实现

在完成USB软件架构设计与硬件电路设计后，我们需要实现基于

STM32芯片的USB接口数据通信。在具体的数据传输流程中，有四类常

用传输方式：控制传输、批量传输、中断传输及异步传输等。

1、控制传输：控制传输是承载USB基本协议的传输方式之一，其

用途主要包括设备枚举、配置等。控制传输分为控制写和控制读，可以

实现下位机向上位机或上位机向下位机的数据传输。

2、批量传输：批量传输是指在USB主机和USB设备之间高速传输

大数据量的传输方式，其主要应用于存储设备或音频设备等数据量较大

的设备。批量传输协议支持中途停止和数据重传等功能。

3、中断传输：中断传输是指在USB主机和USB设备之间传输低速

数据和实时数据，其传输速率较低，但可以及时地响应设备的状态改变、

响应鼠标的移动等事件，并及时传输相应数据。

4、异步传输：异步传输是指设备端没有准备好数据时，以超时方式

进行传输。端点采取异步传输方式时，内核必须处理故障恢复和相应的

超时错误检测。

五、结语

本文介绍的基于STM32芯片的USB接口数