描述

使用 Nucelo32 的 HID USB 設備 - 第 1 部分

由于 STM 引入了用于代碼生成的 CubeMX，我尋找了一個有趣的應用程序來使用這個工具并檢查它的易用性。選擇是制作一個 HID 設備，特別是具有 X/Y 模擬輸入和一些按鈕的操縱桿或游戲手柄，在 Window10 下支持。

第 1 部分：使用模擬點擊設置 USB 設備

使用 Cube 項目“USBTest4_joystick”

Nucleo32對于硬件，我們使用 STM43L432KC Nucleo-32 板，但您可以使用任何其他支持備用 USB 接口的 nucleo(32/64/144) 板，但我喜歡小巧的外形和 Arduino 接頭樣式。它配備了一個大型 32 位微控制器，在本例中為 Cortex-M4 - QFN32 封裝中的低功耗

連接性

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該板預定義了一個調試芯片 - ST-Link -，它使用頂部的 mico-usb 通過虛擬 com 端口和/或大容量存儲接口進行通信。這個 ST-Link 是您的程序和調試接口（和電源），并且使用 UArt2 RX/TX 進行接口，（這不是我們將使用的 USB ！！）備用 USB 設備被移植到 PA_12（D2 ) 和板上的 PA_11 (D10)。為了準備，您可以使用舊的 USB 電纜，切斷外圍連接器（迷你或微型 USB）并剝去電線。：

紅色 = 5V，黑色 = GND，綠色 =D+，白色 =D-。這個不錯的部分是您可以將 USB 直接連接到核板，不需要接口，如果您愿意，除了一些保護（即鉗位二極管，或者在我的情況下，5V 電源線上的二極管以避免核電源在連接錯誤）。現在您已準備好設置工具。

立方體MX

CubeMX 是一款免費工具，支持使用基本驅動程序或 Bsp（板級支持包）輕松設置 STM32 設備，以用于新的開發項目。它會生成一組標準的庫和驅動程序，因此您可以快速準備好構建自己的應用程序。CubeMX 可在此處下載，CubeIDE在此處，安裝在您的系統上并啟動 CubeMX。

• 深入閱讀 CubeMX 項目設置 :: ahackaday

現在選擇新項目，并使用板選擇器工具找到您的核板。生成默認值，您最終將得到所選設備的引腳。

選擇板后的 CubeMX 啟動屏幕

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當您選擇板時，布局已經預先定義，板上的 IO 布線，如 OSC、UArt2 RX/TX 和 PB3 上的綠色 LED。在左側，您可以選擇每個功能塊的芯片布局詳細信息。要添加 USB，請選擇connecivity ，選擇USB并選擇FS device ，現在已經配備了引腳 PA11 和 PA12。對于中間件（驅動程序），選擇中間件部分，USB_Device并選擇人機接口設備（HID）的下拉框（不要使用自定義的）USB需要48Mhz時鐘，所以在頂部選擇時鐘配置，您可以使用自動時鐘解析器將USB 時鐘設置為 48Mhz。您幾乎可以編寫應用程序了！

立方IDE

還有一些準備工作的步驟：選擇Project Manager選項卡，為項目命名，使用Basic Application Structure（對于 main.c 結構），然后在 Toolchain 部分選擇CubeIDE 。保存您的項目....然后按右上角的生成代碼！準備好后，您可以打開項目，CubeIDE 將啟動：

CubeIDE 重新開始

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我不打算解釋 CubeIDE 接口，假設您以前使用過像 Gnu 或 Keil 這樣的 IDE。這是 CubeMX 所做的好事：

• 它生成了您的完整項目，包括驅動程序、庫和一個 main() 函數，其中設置了初始化并且您可以編寫程序代碼，它編譯無錯誤哇！
• 有一些缺點：它只生成一種 USB HID：鼠標，因此您可以在 Middelwares>...> Class>HID>Inc 和 >Src 中更改 USB 描述符。
• 有一個主要缺點：一旦您重新運行 CubeMX 生成器，即在您添加了一些 GPIO 或 DMA 之后，它會覆蓋您的 Middelware 更改......所以請進行備份！
• 一般來說，我的印象是它覆蓋了除 main() 之外的所有代碼，在 "/* USER CODE BEGIN.... */" 和 /* USER CODE END... */." 部分的注釋之間。BE知道的 ！！！

USB 描述符

這本身就是一個故事。請讓自己了解 USB 是如何工作的，以及描述符是如何工作的。有趣的鏈接是：

• 維基百科 USBUSB.ORG HID
• 微軟 USB 描述符
• CubeMX 示例
• 有趣的工具：HID 描述符生成器

那么要改變什么呢？- 檢查這篇文章中的 CubeMX 項目文件，打開帶有項目的 CubeIDE：USBTest4_joystick 。此示例構建 USB 接口并生成“假”XY 運動和按鈕按下作為示例。

中間件部分：Class>HID>SRC>usbd_hid.c - 在這里我們必須更改描述符。首先適配“ USB HID device Configuration Descriptor ”：，這有3個部分：FS/HS和OtherSpeed，都是一樣的設置。將接口子類更改為無啟動 (0x00) 并將接口協議更改為 0x04 = 操縱桿。對所有 3 個部分執行此操作（！）

0x00,             /* bInterfaceSubClass : 1=BOOT, 0=no boot */
0x04,             /* nInterfaceProtocol : 0=none, 1=keyboard, 2=mouse  4=joystick  */

其次，我們必須更改 HID 設備描述符。這描述了我們發送給 USB 主機的報告，以告知我們的設備正在吐出哪些數據：find static uint8_t HID_MOUSE_ReportDesc （我們保持相同的鼠標命名，但如果您愿意，可以在整個文件中更改它）。數組內容將是：

0x05, 0x01, // Usage Page ( Generic Desktop controls)
    0x09, 0x04, // Usage (Joystick)
    0xA1, 0x01, // Collection (Application)

	0xA1, 0x02, // Collection (Logical)
	 0x05, 0x01, // Usage Page (Generic Ctrls)
	 0x09, 0x30, // Usage X
	 0x09, 0x31, // Usage Y
	 0x15, 0x81, // Logical Minimum (-127)
	 0x25, 0x7F, // Logical Maximum (127)
	 0x75, 0x08, // Report Size (8) -> 8 bits (1 byte value)
	 0x95, 0x02, // Report Count (2) -> 2x = 2 bytes -> no bit stuffing
	 0x81, 0x02, // Input (Data,Var,Abs,...)
	 0x05, 0x09, // Usage Page (Button)
	 0x09, 0x01, // Usage Button1
	 0x15, 0x00, // Logical Minimum (0)
	 0x25, 0x01, // Logical Maximum (1)
	 0x75, 0x01, // Report Size (1) -> 1 bit
	 0x95, 0x01, // Report Count (1) -> 1 value : need to stuff 7 more bits
	 0x81, 0x02, // Input (Data,Var,Abs...)
	 0x75, 0x07, // Report Size (7) -> 7 bit
         0x95, 0x01, // Report Count (1) -> 1 value  7 bits for byte alignment
	 0x81, 0x03, // Input (Const,Var,Abs,,,,,)
	0xC0, // end collection Logical

   0xC0, // End Collection =>  46 bytes
         //  Report 2 bytes signed for XY and 1byte  unsigned for button info bit-0

現在更改包含文件以將 Class>HID>SRC>usbd_hid.h 中此數組的大小更改為 46：

#define HID_EPIN_ADDR                              0x81U
#define HID_EPIN_SIZE                              0x04U // kept the same

#define USB_HID_CONFIG_DESC_SIZ                    34U
#define USB_HID_DESC_SIZ                           9U
#define HID_MOUSE_REPORT_DESC_SIZE                 46U // CHANGED

現在，對這兩個文件進行備份，因為當您運行另一個代碼生成器時，cubeMX 會覆蓋這些文件！這就是我們所做的全部更改，USB 部分將使用 STM USB-ID，并且設備將被識別為 STM 產品。對于測試，這很好，對于您自己的產品，您應該通過 USB.ORG 獲取您自己的 ID。

Src > Main() ：首先將 Hid 包含文件添加到用戶包含部分：

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include 
#include "usbd_hid.h"
/* USER CODE END Includes */

其次，我必須顯式聲明 USB 句柄，否則編譯器會出錯（可能是我的路徑有問題？）：

/* USER CODE BEGIN PV */
extern USBD_HandleTypeDef hUsbDeviceFS;
/* USER CODE END PV */

現在設置一個符合 usbd_hid.c 中報告描述符的結構和變量：

// HID Game
 struct gameHID_t {
      int8_t JoyX; 	// X 1 byte, signed value
      int8_t JoyY; 	// Y 1 byte, signed value
      uint8_t JoyB1; 	// Button, one byte, button is bit #0
	  };
	  struct gameHID_t gameHID;
	  gameHID.JoyX = 0;
	  gameHID.JoyY = 0;
	  gameHID.JoyB1 = 0;
	  int8_t counter1=0; // counter for makingthe fake values wrapping around

最后但同樣重要的是，在主 while 循環中設置和發送報告值：

while (1)
  {

    /* USER CODE END WHILE */
    /* USER CODE BEGIN 3 */
 // Send HID report
counter1=(counter1+1)%32-127; // faking X,Y and button values
gameHID.JoyX = counter1*2;
gameHID.JoyY = counter1*4;
gameHID.JoyB1 = ~gameHID.JoyB1; // 
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS, (uint8_t*) &gameHID, sizeof(struct gameHID_t));
HAL_Delay(100);

  }
  /* USER CODE END 3 */

編譯項目，并啟動代碼（使用調試器或使用 Bin 文件轉儲到 PC 上 nucleo 的大容量存儲驅動器。如果您需要使用 nucleo 板在 CubeIDE 中設置調試器的幫助，這是有趣的閱讀：

• nucleo32 入門
• 生成二進制文件：查看項目的Postbuild 設置- 鏈接

視窗 USB

運行后，將 USB 插入系統，它應該可以識別 USB 設備。在 Windows> ControlPanel > Devices & Printers 下，會彈出一個新設備作為 GameController STM32 ！

Windows下的USB設備

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左鍵單擊新設備，然后選擇設置，雙擊 STM 控制器打開測試窗口。- 如果您的設備根本不顯示，請檢查您的 USB HID 代碼。- 如果您的設備顯示，但有感嘆，點擊設備，windows給你一個故障描述，主要是描述符有問題（錯誤代碼，或者數組大小不匹配）-如果你的設備顯示正常，但測試結果不存在（沒有移動或按鈕閃爍），報告發送有問題，請檢查 main() 中的報告數據和結構。

要進行更多調試，您可以使用由 CubeMX 實例化的 ST-Link 調試 Uart（在本例中為 uart2）并使用虛擬 com-port 通過 HAL_UART_Transmit( ) 函數發送/接收文本，請參閱此閱讀鏈接。（它在 115200baud, 8, n, 1 上啟動）

第 2 部分：使用真正的按鈕和滑塊構建 HID 設備

工作正在進行中....