基于STM32CubeMX生成HID双向通讯工程的说明 - 全文

客户在做USB通讯的时候，基本的需求就是发送某些数据到USB host端，同时接收一些数据从USB Host端，那么如何快速的建立一个工程并验证数据是否正确呢？下边我们就结合STM32F072的评估板（其他的STM32xx系列的实现方式都是类似的）来快速实现一个简单的数据收发实验。
下面是具体操作和一些基本的解说。
USBHost软件的准备
PC端软件使用ST免费提供的Usb Hid Demonstrator。这个软件可以在ST官网上免费下载到。连接地址：STSW-STM32084，此软件调用的是windows标准的HID类驱动，所以无需安装任何驱动程序及可运行。

下载安装完这个软件之后，我们就可以开始开发STM32的USB从机程序了。
首先，打开STM32CubeMX，新建工程，选择STM32F072B-DISCOVERY开发板。

其次，在Pinout选项中，开打USB的device功能。
并在Middleware中选择开启class for IP中的 custom Human Interface Device（HID）

点击“保存”后直接生成工程。我们这里以生成IAR工程为例，项目名叫做HID。

这样我们的工程就基本成功了，但是还缺少最最关键的一步，就是USB主机和从机的通讯“协议”，这个协议在那里实现呢？因为我们Host端软件已经是Usb Hid Demonstrator，那么这边的协议就已经固定了（其实在实际的开发中大多是主机端和从机相互沟通后，软件自行修改的），从机只需要对应这套协议即可。
将如下代码复制，替换掉usbd_custom_hid_if.c文件中的同名数组。

__ALIGN_BEGIN static uint8_tCUSTOM_HID_ReportDesc_FS [USBD_CUSTOM_HID_REPORT_DESC_SIZE] __ALIGN_END =
{
0x06, 0xFF, 0x00, /* USAGE_PAGE(Vendor Page: 0xFF00) */
0x09, 0x01, /* USAGE (Demo Kit) */
0xa1, 0x01, /* COLLECTION(Application) */
/* 6 */
/* LED1 */
0x85, LED1_REPORT_ID, /* REPORT_ID(1) */
0x09, 0x01, /* USAGE (LED 1) */
0x15, 0x00, /* LOGICAL_MINIMUM (0)*/
0x25, 0x01, /* LOGICAL_MAXIMUM (1)*/
0x75, 0x08, /* REPORT_SIZE (8) */
0x95, LED1_REPORT_COUNT, /*REPORT_COUNT (1) */
0xB1, 0x82, /* FEATURE(Data,Var,Abs,Vol) */
0x85, LED1_REPORT_ID, /* REPORT_ID(1) */
0x09, 0x01, /* USAGE (LED 1) */
0x91, 0x82, /* OUTPUT(Data,Var,Abs,Vol) */
/* 26 */
/* LED2 */
0x85, LED2_REPORT_ID, /* REPORT_ID 2*/
0x09, 0x02, /* USAGE (LED 2) */
0x15, 0x00, /* LOGICAL_MINIMUM (0)*/
0x25, 0x01, /* LOGICAL_MAXIMUM (1)*/
0x75, 0x08, /* REPORT_SIZE (8) */
0x95, LED2_REPORT_COUNT, /*REPORT_COUNT (1) */
0xB1, 0x82, /* FEATURE(Data,Var,Abs,Vol) */
0x85, LED2_REPORT_ID, /* REPORT_ID(2) */
0x09, 0x02, /* USAGE (LED 2) */
0x91, 0x82, /* OUTPUT(Data,Var,Abs,Vol) */
/* 46 */
/* LED3 */
0x85, LED3_REPORT_ID, /* REPORT_ID(3) */
0x09, 0x03, /* USAGE (LED 3) */
0x15, 0x00, /* LOGICAL_MINIMUM (0)*/
0x25, 0x01, /* LOGICAL_MAXIMUM (1)*/
0x75, 0x08, /* REPORT_SIZE (8) */
0x95, LED3_REPORT_COUNT, /*REPORT_COUNT (1) */
0xB1, 0x82, /* FEATURE(Data,Var,Abs,Vol) */
0x85, LED3_REPORT_ID, /* REPORT_ID(3) */
0x09, 0x03, /* USAGE (LED 3) */
0x91, 0x82, /* OUTPUT (Data,Var,Abs,Vol) */
/* 66 */
/* LED4 */
0x85, LED4_REPORT_ID, /* REPORT_ID4) */
0x09, 0x04, /* USAGE (LED 4) */
0x15, 0x00, /* LOGICAL_MINIMUM (0)*/
0x25, 0x01, /* LOGICAL_MAXIMUM (1)*/
0x75, 0x08, /* REPORT_SIZE (8) */
0x95, LED4_REPORT_COUNT, /*REPORT_COUNT (1) */
0xB1, 0x82, /* FEATURE(Data,Var,Abs,Vol) */
0x85, LED4_REPORT_ID, /* REPORT_ID(4) */
0x09, 0x04, /* USAGE (LED 4) */
0x91, 0x82, /* OUTPUT(Data,Var,Abs,Vol) */
/* 86 */
/* key Push Button */
0x85, KEY_REPORT_ID, /* REPORT_ID(5) */
0x09, 0x05, /* USAGE (Push Button)*/
0x15, 0x00, /* LOGICAL_MINIMUM (0)*/
0x25, 0x01, /* LOGICAL_MAXIMUM (1)*/
0x75, 0x01, /* REPORT_SIZE (1) */
0x81, 0x82, /* INPUT(Data,Var,Abs,Vol) */
0x09, 0x05, /* USAGE (Push Button)*/
0x75, 0x01, /* REPORT_SIZE (1) */
0xb1, 0x82, /* FEATURE(Data,Var,Abs,Vol) */
0x75, 0x07, /* REPORT_SIZE (7) */
0x81, 0x83, /* INPUT(Cnst,Var,Abs,Vol) */
0x85, KEY_REPORT_ID, /* REPORT_ID(2) */
0x75, 0x07, /* REPORT_SIZE (7) */
0xb1, 0x83, /* FEATURE (Cnst,Var,Abs,Vol)*/
/* 114 */
/* Tamper Push Button */
0x85, TAMPER_REPORT_ID,/* REPORT_ID(6) */
0x09, 0x06, /* USAGE (Tamper PushButton) */
0x15, 0x00, /* LOGICAL_MINIMUM (0)*/
0x25, 0x01, /* LOGICAL_MAXIMUM (1)*/
0x75, 0x01, /* REPORT_SIZE (1) */
0x81, 0x82, /* INPUT(Data,Var,Abs,Vol) */
0x09, 0x06, /* USAGE (Tamper PushButton) */
0x75, 0x01, /* REPORT_SIZE (1) */
0xb1, 0x82, /* FEATURE(Data,Var,Abs,Vol) */
0x75, 0x07, /* REPORT_SIZE (7) */
0x81, 0x83, /* INPUT (Cnst,Var,Abs,Vol)*/
0x85, TAMPER_REPORT_ID,/* REPORT_ID(6) */
0x75, 0x07, /* REPORT_SIZE (7) */
0xb1, 0x83, /* FEATURE(Cnst,Var,Abs,Vol) */
/* 142 */
/* ADC IN */
0x85, ADC_REPORT_ID, /* REPORT_ID */
0x09, 0x07, /* USAGE (ADC IN) */
0x15, 0x00, /* LOGICAL_MINIMUM (0)*/
0x26, 0xff, 0x00, /* LOGICAL_MAXIMUM(255) */
0x75, 0x08, /* REPORT_SIZE (8) */
0x81, 0x82, /* INPUT(Data,Var,Abs,Vol) */
0x85, ADC_REPORT_ID, /* REPORT_ID(7) */
0x09, 0x07, /* USAGE (ADC in) */
0xb1, 0x82, /* FEATURE (Data,Var,Abs,Vol)*/
/* 161 */
0xc0 /* END_COLLECTION */
};

注意：这里一定要覆盖“同名”数组，千万不要覆盖错了。
之后将如下代码复制到usbd_custom_hid_if_if.h中。

#define LED1_REPORT_ID 0x01
#define LED1_REPORT_COUNT 0x01
#define LED2_REPORT_ID 0x02
#define LED2_REPORT_COUNT 0x01
#define LED3_REPORT_ID 0x03
#define LED3_REPORT_COUNT 0x01
#define LED4_REPORT_ID 0x04
#define LED4_REPORT_COUNT 0x01
#define KEY_REPORT_ID 0x05
#define TAMPER_REPORT_ID 0x06
#define ADC_REPORT_ID 0x07

最后在usbd_conf.h文件中将USBD_CUSTOM_HID_REPORT_DESC_SIZE的定义值修改
为163（默认值是2）
#defineUSBD_CUSTOM_HID_REPORT_DESC_SIZE 163 //2
为什么这样修改呢? 简单说一下其中关键值的含义。
这个HID 的报文描述符其实定义了8个部分（条目）的功能定义，分为LED1，LED2，LED3，
LED4，按键输入，篡改按键输入和ADC输入。每部分的基本格式都是固定的。以LED1为例（其他条目可自行对照文档解析）：
0x85, LED1_REPORT_ID， 含义是这个功能的ID号是LED1_REPORT_ID（宏定义为0x01）
这个ID号是每次报文发送的时候最先被发送出去的（USB都是LSB）字节，之后跟着的才是我们实际有效的数据/指令，到底是数据还是指令，就看你的应用程序如何去解析这个数据了。
0x09, 0x01, 这个功能序号为1，后边的序号依次递加。
0x15, 0x00, 这个是规定逻辑最小值为0 。
0x25, 0x01, 这个是规定逻辑最大值为1 。
上边的这两条语句规定了跟在报文ID后边的数据范围，最大值是1，最小值是0.（因为我们的LED也就只有灭和亮两种状态）
0x75, 0x08, 这个是报文的大小为8，只要别写错就行了。
0x95, LED1_REPORT_COUNT， 这个是说下边有LED1_REPORT_COUNT （宏定义为1）个项目会被添加，即这个功能的数量是1个 。
0xB1, 0x82, 这个是规定能够发送给从机设备的数据信息。
0x91, 0x82, 这个规定了该功能的数据方向是输出（传输方向以主机为参照）。

总结一下，通过这个报文描述符，我们就告诉了主机，在HID中有一个功能ID为1的功能，其方向是从主机到从机，每次发送1个有效数据（前边的ID是都要含有的），这个数据可以是0或者是1.
关于HID 报文描述符的详细信息，您可以在下边的网址下载一篇叫做《Device Class Definitionfor HID》的文档来参考。

这样基本的程序框架就已经成功了。此时我们可以先编译一下，看看是否有任何遗漏的或者笔误。如果编译是正确的，那么我们就可以先下载到硬件开发板上，连接到PC端，看看是否可以枚举出设备。如果您前边的修改都是正确的，那么在PC的设备管理器中会看到如下图所示的内容。

注意：开发板上有两个一模一样的Mini USB接口，一个是USB USER，另 一个是USB ST-link，下载代码的时候用USB ST-Link，连接电脑运行程序的时候要用USB USER。
此时我们的USB枚举就完成了，这个是USB通讯的关键步骤，之后的应用通讯内容都是通过这个枚举工程来进行“规划”的。

数据发送
就类似串口通讯，我们首先做一个数据的发送工作。
在Main.c文件中，我们在while(1)的主循环中增加我们的发送函数，主要就是调用发送报文的

API：USBD_CUSTOM_HID_SendReport（）
/* USER CODE BEGIN 2 */
uint8_t i=0;
sendbuffer[0]=0x07; //这个是report ID，每次发送报文都需要以这个为开始，这样主机才能正确//解析后边的数据含义
sendbuffer[1]=0x01; //这个是实际发送的数据，可以自由定义，只要不超过报文描述符的限制
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
HAL_Delay(100); //延迟100ms
sendbuffer[1]++; //每次发送都将变量自加1
USBD_CUSTOM_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,sendbuffer,2);//发送报文
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */

编译后下载到MCU内，连接上位机软件即可看到如下所示的进度条在不断的增长。

这个就是我们上传到的数据在上位机的图形显示，你也可以看Input/outputtransfer里的数据变化。

这样看起来是不是更像是串口调试助手了？嘿嘿本来机制就差不多的。
数据接收
MCU的USB数据是如何接收的呢？是不是调用一个类似于串口接收的API呢？
不是的！USB的数据接收都是在中断中完成的，在新建的工程中，我们在函数CUSTOM_HID_OutEvent_FS内增加如下代码。

static int8_t CUSTOM_HID_OutEvent_FS(uint8_t event_idx, uint8_t state)
{
/* USER CODE BEGIN 6 */switch(event_idx)
{
case 1: /* LED3 */
(state == 1) ?HAL_GPIO_WritePin(LD3_GPIO_Port,LD3_Pin,GPIO_PIN_SET) :
HAL_GPIO_WritePin(LD3_GPIO_Port,LD3_Pin,GPIO_PIN_RESET);
break;
case 2: /* LED4 */
(state == 1) ?HAL_GPIO_WritePin(LD4_GPIO_Port,LD4_Pin,GPIO_PIN_SET) :
HAL_GPIO_WritePin(LD4_GPIO_Port,LD4_Pin,GPIO_PIN_RESET);
break;
case 3: /* LED5 */
(state == 1) ?HAL_GPIO_WritePin(LD5_GPIO_Port,LD5_Pin,GPIO_PIN_SET) :
HAL_GPIO_WritePin(LD5_GPIO_Port,LD5_Pin,GPIO_PIN_RESET);
break;
case 4: /* LED6 */
(state == 1) ?HAL_GPIO_WritePin(LD6_GPIO_Port,LD6_Pin,GPIO_PIN_SET) :
HAL_GPIO_WritePin(LD6_GPIO_Port,LD6_Pin,GPIO_PIN_RESET);
break;
default:
break;
}
return (0);
/* USER CODE END 6 */
}

编译之后下载到MCU内，通过USB USER连接到PC端，打开Usb HidDemonstrator，我们可以通过勾选右下角的图形界面来实现控制开发板上的LED电量或者关闭。

当然，这个是通过图像化的界面来进行控制，你也可以通过Input/outputtransfer中的写入对话框来完成这个操作。注意，写入的第一个字节是ID，表示你想控制的是哪个LED；第二个字节是0或者是1，表示你想让这个LDE的状态变成灭还是亮。

总结：
本范例程序是为了快速实现USB 从机设备与主句设备双向通讯目的，其初始化代码是用STM32CubeMX来生成的，大大降低了工程师开发USB设备的难度（尤其是是入门阶段的难度）。从这个工程的基础上，工程师可以比较方便的建立好框架工程并，对其中的代码进行研究，进而移植或增加自己的应用代码。

STM32单片机中文官网
意法半导体/ST/STM