【STM32 USB】USB描述符

USB各种描述符的拓扑关系

每一个USB设备只有一个设备描述符，主要向主机说明设备类型、端点0最大包长、设备版本、配置数量等等。
每一个USB设备至少有一个或者多个配置描述符 ，但是主机同一时间只能选择某一种配置。标准配置描述符主要向主机描述当前配置下的设备属性、所需电流、支持的接口数、配置描述符集合长度等等。
每一个USB配置下至少有一个或者多个接口描述符 。接口描述符主要说明设备类型，此接口下使用的端点数（不包括0号端点），一个接口就是实现一种功能。
端点是实现USB设备功能的物理缓冲区实体，USB主机和设备是通过端点进行数据交互的 。每个端点都有一定的属性，其中包括传输方式、总线访问频率、带宽、端点号和数据包的最大容量等。一个USB端点只能在一个方向承载数据，或者从主机到设备（称为输出端点），或者从设备到主机（称为输入端点），因此端点可看作一个单向的管道。端点0通常为控制端点，用于设备初始化参数等。只要设备连接到USB上并且上电端点0就可以被访问。端点1、2等一般用作数据端点，存放主机与设备间往来的数据。

USB设备描述符

USB设备描述符是USB设备在进行插拔和初始化过程中，最先被主机读取的一部分信息，它包含了设备的一些基本属性信息，如USB规范版本、设备类、设备子类、设备协议、最大数据包长度等。

USB设备描述符通常是在设备插入时被主机读取，在获取到设备描述符后，主机可以自动加载相应的驱动程序，完成设备的初始化和配置。

设备描述符是USB设备的第一个描述符，每个USB设备都得具有设备描述符，且只能拥有一个。

设备描述符定义

偏移	字段	大小（字节）	说明
0	bLength	1	设备描述符的字节长度 = 18 个字节，固定为0x12
1	bDescriptorType	1	描述符类型编号，固定为0x01
2	bcdUSB	2	USB版本号，表示了本设备能适用于那种协议，如USB2.0=0x0200，USB1.1=0x0110等
4	bDeviceClass	1	USB分配的设备类代码，0x01~0xfe为标准设备类，0xff为厂商自定义类型，0x00不是在设备描述符中定义的，如HID
5	bDeviceSubClass	1	子类型代码（由USB分配），如果bDeviceClass值是0，一定要设置为0．其它情况就跟据USB-IF组织定义的编码
6	bDeviceProtocol	1	协议代码（由USB分配），如果使用USB-IF组织定义的协议，就需要设置这里的值，否则直接设置为0。如果厂商自己定义的可以设置为0xff。
7	bMaxPacketSize0	1	端点 0 的最大数据包大小（只有8,16,32,64有效）
8	idVendor	2	供应商 ID（VID，由 USB-IF 分配）
10	idProduct	2	产品 ID（PID，由制造商分配）
12	bcdDevice	2	设备出厂编号（BCD）
14	iManufacturer	1	厂商描述符字符串索引，索引到对应的字符串描述符，为０则表示没有
15	iProduct	1	产品描述符字符串索引，索引到对应的字符串描述符，为０则表示没有
16	iSerialNumber	1	设备序列号字符串索引，索引到对应的字符串描述符，为０则表示没有
17	bNumConfigurations	1	可能的配置数，定义设备以当前速度支持的配置数量

设备描述符示例

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#define  USB_LEN_DEV_DESC                               0x12U
#define  USB_DESC_TYPE_DEVICE                           0x01U
#define USB_MAX_EP0_SIZE                                64U
#define  USBD_IDX_MFC_STR                               0x01U
#define  USBD_IDX_PRODUCT_STR                           0x02U
#define  USBD_IDX_SERIAL_STR                            0x03U
#define USBD_MAX_NUM_CONFIGURATION     1U

/** USB standard device descriptor. */
__ALIGN_BEGIN uint8_t USBD_HS_DeviceDesc[USB_LEN_DEV_DESC] __ALIGN_END =
{
  0x12,                       /*bLength */
  USB_DESC_TYPE_DEVICE,       /*bDescriptorType*/
  0x00,                       /*bcdUSB */

  0x02,
  0x02,                       /*bDeviceClass*/
  0x02,                       /*bDeviceSubClass*/
  0x00,                       /*bDeviceProtocol*/
  USB_MAX_EP0_SIZE,           /*bMaxPacketSize*/
  LOBYTE(USBD_VID),           /*idVendor*/
  HIBYTE(USBD_VID),           /*idVendor*/
  LOBYTE(USBD_PID_HS),        /*idProduct*/
  HIBYTE(USBD_PID_HS),        /*idProduct*/
  0x00,                       /*bcdDevice rel. 2.00*/
  0x02,
  USBD_IDX_MFC_STR,           /*Index of manufacturer  string*/
  USBD_IDX_PRODUCT_STR,       /*Index of product string*/
  USBD_IDX_SERIAL_STR,        /*Index of serial number string*/
  USBD_MAX_NUM_CONFIGURATION  /*bNumConfigurations*/
};

USB配置描述符

配置描述符定义了设备的配置信息，一个设备可以有多个配置描述符。大部分的USB设备只有一个配置描这符，设备存在多个配置描述符时。配置描述符指定设备的供电方式、最大功耗是多少、它拥有的接口数量。因此，可以有两种配置，一种用于设备由总线供电时，另一种用于设备供电时。由于这是接口描述符的"头"，因此使一种配置使用与另一种配置不同的传输模式也是可行的。一旦主机检查了所有配置，主机将发送具有非零值的 SetConfiguration 命令，该值与其中一个配置的bConfigurationValue 匹配。这用于选择所需的配置。

第一次只获取配置描述符的基本长度9字节，获取后从wTotalLength字节中解析出配置描述符的总长度，然后再次获取全部的描述符。配置描述数据中不仅包括配置描述符本身，也包括其下的接口描述符和端点描述符。

配置描述符定义

偏移	字段	大小（字节）	说明
0	bLength	1	配置描述符的字节数大小 = 9 个字节，固定为0x09
1	bDescriptorType	1	配置描述符类型，固定为0x02
2	wTotalLength	2	返回整个数据的长度，指此配置返回的配置描述符，接口描述符以及端点描述符的全部大小。
4	bNumInterfaces	1	指该配置配备的接口数量，也表示该配置下接口描述符数量
5	bConfigurationValue	1	作为Set Configuration的一个参数选择配置值
6	iConfiguration	1	描述该配置的字符串索引
7	bmAttributes	1	供电模式选择．Bit4-0保留
			位 7：预留（设置为 1）
			位 6：自供电
			位 5：远程唤醒
8	bMaxPower	1	本配置所需的最大功耗（单位为 2 mA）
9	接口描述符	N	接口描述符说明了接口所提供的配置，一个配置所拥有的接口数量通过配置描述符的bNumInterfaces决定

配置描述符示例

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#define USB_CDC_CONFIG_DESC_SIZ                     67U
#define  USB_DESC_TYPE_CONFIGURATION                    0x02U
#define USBD_SELF_POWERED     0U
#define USBD_MAX_POWER                                  0x32U /* 100 mA */

/* USB CDC device Configuration Descriptor */
__ALIGN_BEGIN static uint8_t USBD_CDC_CfgDesc[USB_CDC_CONFIG_DESC_SIZ] __ALIGN_END =
{
  /* Configuration Descriptor */
  0x09,                                       /* bLength: Configuration Descriptor size */
  USB_DESC_TYPE_CONFIGURATION,                /* bDescriptorType: Configuration */
  USB_CDC_CONFIG_DESC_SIZ,                    /* wTotalLength */
  0x00,
  0x02,                                       /* bNumInterfaces: 2 interfaces */
  0x01,                                       /* bConfigurationValue: Configuration value */
  0x00,                                       /* iConfiguration: Index of string descriptor
                                                 describing the configuration */
#if (USBD_SELF_POWERED == 1U)
  0xC0,                                       /* bmAttributes: Bus Powered according to user configuration */
#else
  0x80,                                       /* bmAttributes: Bus Powered according to user configuration */
#endif /* USBD_SELF_POWERED */
  USBD_MAX_POWER,                             /* MaxPower (mA) */

  /*-------------------------下面的接口描述符省略----------------------------------*/    
};

USB接口描述符

接口描述符一般是按设备的运行状态分类，这样设备可以在不同的接口中切换来实现设备运行状态的切换，如在设备在运行状态下使用正常的接口描述符，在停止状态下使用该接口描述符的备用接口描述符。

接口描述符定义

偏移	字段	大小 (字节)	说明
0	bLength	1	接口描述符的长度 = 9 个字节，固定为0x09
1	bDescriptorType	1	接口描述符类型，固定为0x04
2	bInterfaceNumber	1	该接口基于零的索引
3	bAlternateSetting	1	用于为上一个字段选择可供替换的位置．即备用的接口描述符编号
4	bNumEndpoints	1	该接口使用端点数，不包括端点0
5	bInterfaceClass	1	接口类别
6	bInterfaceSubclass	1	接口子类别
7	bInterfaceProtocol	1	接口协议
8	iInterface	1	该接口字符串描述符索引

接口描述符示例

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 #define  USB_DESC_TYPE_INTERFACE                        0x04U
 
 /* Interface Descriptor */
  0x09,                                       /* bLength: Interface Descriptor size */
  USB_DESC_TYPE_INTERFACE,                    /* bDescriptorType: Interface */
  /* Interface descriptor type */
  0x00,                                       /* bInterfaceNumber: Number of Interface */
  0x00,                                       /* bAlternateSetting: Alternate setting */
  0x01,                                       /* bNumEndpoints: One endpoint used */
  0x02,                                       /* bInterfaceClass: Communication Interface Class */
  0x02,                                       /* bInterfaceSubClass: Abstract Control Model */
  0x01,                                       /* bInterfaceProtocol: Common AT commands */
  0x00,                                       /* iInterface */
  
    /* Data class interface descriptor */
  0x09,                                       /* bLength: Endpoint Descriptor size */
  USB_DESC_TYPE_INTERFACE,                    /* bDescriptorType: */
  0x01,                                       /* bInterfaceNumber: Number of Interface */
  0x00,                                       /* bAlternateSetting: Alternate setting */
  0x02,                                       /* bNumEndpoints: Two endpoints used */
  0x0A,                                       /* bInterfaceClass: CDC */
  0x00,                                       /* bInterfaceSubClass */
  0x00,                                       /* bInterfaceProtocol */
  0x00,                                       /* iInterface */

这里有两个接口描述符，关于接口类别，可以参考下表：

类别	使用说明	说明	示例
00h	设备	未指定	无法确定设备类型，需查看接口描述符
01h	接口	音频	扬声器、麦克风、声卡、MIDI
02h	两者	通信和 CDC 控制	调制解调器、以太网适配器、无线适配器
03h	接口	人机界面设备（HID）	键盘、鼠标、游戏杆
05h	接口	物理接口设备（PID）	强制反馈游戏杆
06h	接口	图像	摄像机、扫描仪
07h	接口	打印机	打印机、CNC 机械
08h	接口	大容量存储器	外部硬盘、闪存驱动、存储卡
09h	设备	USB 集线器	USB 集线器
0Ah	接口	CDC 数据	与类 02h 结合使用
0Bh	接口	智能卡	USB 智能读卡器
0Dh	接口	内容安全	指纹识别器
0Eh	接口	视频	摄像头
0Fh	接口	个人医疗保健	心率监视器、血糖仪
DCh	两者	诊断设备	符合 USB 规范的测试设备
E0h	接口	无线控制器	蓝牙适配器
EFh	两者	其他	ActiveSync 设备
FEh	接口	专门应用	IrDA 桥接器、测试测量类、USB DFU
FFh	两者	供应商特定	设备需供应商特定驱动程序

USB端点描述符

端点描述符定义

偏移	字段	大小 (字节)	说明
0	bLength	1	端点描述符长度，固定为7个字节。
1	bDescriptorType	1	端点描述符类型，固定为`0x05`。
2	bEndpointAddress	1	端点地址： - bit3-0：端点号 - bit6-4：预留（复位为零） - bit7：端点方向，0: OUT 端点，1: IN 端点。（控制端点可以忽略该位）
3	bmAttributes	1	端点属性： - bit1-0：传输类型（00: 控制, 01: 同步, 10: 批量, 11: 中断） - bit7-2：保留（同步传输时有定义）当为同步传输时：bit3-2的值不同代表的含义不同： 00：无同步 01：异步 10：适配 11：同步 BIT5:4 00: 表示数据端点 01：表示反馈端点Feedback endpoint 10：表示隐式反馈数据端点 Implicit feedback Data endpoint 11:保留
4	wMaxPacketSize	2	该端点支持的最大数据包尺寸。
6	bInterval	1	中断端点的轮询间隔，以ms为单位（对于同步端点，该间隔为1ms；对于控制或批量端点，此字段可忽略）。

传输方式和特点

传输方式	用途	特点	包大小（字节）
控制传输	设备初始化、配置和状态查询	可靠、双向	8/16/32/64 (全速/高速)
批量传输	大量数据传输，如文件传输	可靠、单向	8/16/32/64 (全速) / 512 (高速)
中断传输	周期性、实时性要求高的小数据传输	单向、定时轮询	0~8 (低速) / 0~64 (全速) / 0~1024 (高速)
同步传输	实时性要求极高的数据传输	不可靠、保证带宽	1023 (全速) / 1024 (高速)

端点描述符示例

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#define  USB_DESC_TYPE_ENDPOINT                         0x05U  
#define CDC_CMD_EP                                  0x82U  /* EP2 for CDC commands */
#define CDC_FS_BINTERVAL                            0x10U
#define CDC_IN_EP                                   0x81U  /* EP1 for data IN */
#define CDC_DATA_FS_MAX_PACKET_SIZE                 64U  /* Endpoint IN & OUT Packet size */

/* Endpoint 2 Descriptor */
  0x07,                                       /* bLength: Endpoint Descriptor size */
  USB_DESC_TYPE_ENDPOINT,                     /* bDescriptorType: Endpoint */
  CDC_CMD_EP,                                 /* bEndpointAddress */
  0x03,                                       /* bmAttributes: Interrupt */
  LOBYTE(CDC_CMD_PACKET_SIZE),                /* wMaxPacketSize */
  HIBYTE(CDC_CMD_PACKET_SIZE),
  CDC_FS_BINTERVAL,                           /* bInterval */
  /*---------------------------------------------------------------------------*/
      
      
        /* Endpoint IN Descriptor */
  0x07,                                       /* bLength: Endpoint Descriptor size */
  USB_DESC_TYPE_ENDPOINT,                     /* bDescriptorType: Endpoint */
  CDC_IN_EP,                                  /* bEndpointAddress */
  0x02,                                       /* bmAttributes: Bulk */
  LOBYTE(CDC_DATA_FS_MAX_PACKET_SIZE),        /* wMaxPacketSize */
  HIBYTE(CDC_DATA_FS_MAX_PACKET_SIZE),
  0x00                                        /* bInterval */