STM32F4 USB Speaker代码分析

2023-11-11

主机:WIN10 64位

设备:STM32F411+PCM5102

STM32CubeMX版本:V6.0.1   

JAVA:JDK 11

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       写这篇文章主要是给自己备忘,因对USB协议规范没有系统的了解,可能有些地方理解不是很正确。

       配置CubeMX生成的工程项目,目录结构如下,主要划分为HAL层(包含了驱动层),协议层和应用层,

驱动层:stm32f4xx_ii_usb.c,提供USB硬件寄存器的配置

HAL层:stm32f4xx_hal_pcd.c,对驱动进行封装,给上层提供统一接口

协议层:usbd_core.c  usbd_ctlreq.c  usbd_ioreq.c,USB基础协议解析

              usbd_audio.c,audio class协议解析,提供功能接口

应用层:应用功能的实现

代码文件层次结构及调用关系:

设备描述符层次结构:

1、一个USB设备只有一个设备描述符和一个配置描述符,而接口描述符可以有多个

2、从上图可以看出usb speaker有两个接口描述符,I/F 0为音频控制接口,描述了一个输入终端IT,特征单元FU和一个输出终端OT;输入终端IT为音频流类型,是一个逻辑通道,数据来源于音频流接口;输出终端OT为speaker类型,即表明数据是输出到一个实际的speaker上面;特征单元FU描述了该音频流所支持的能力,如支持mute和调节volume。I/F 1为音频流接口,该接口通过描述符指定与IT进行关联,即该音频流为指定的IT提供数据。

3、音频控制接口I/F 0没有端点,所有控制信息都是通过默认端点0进行通讯

4、音频流接口I/F 1定义了两个setting,第一个为setting 0,没有任何端点,当USB枚举完成后,会默认使用这个setting;第二个为setting 1,有实际的物理端点,当电脑选择该USB Speaker作为音频输出时,会选择该setting。

配置描述符:

/* USB AUDIO device Configuration Descriptor */
__ALIGN_BEGIN static uint8_t USBD_AUDIO_CfgDesc[USB_AUDIO_CONFIG_DESC_SIZ] __ALIGN_END =
{
  /* Configuration 1 */
  0x09,                                 /* bLength */
  USB_DESC_TYPE_CONFIGURATION,          /* bDescriptorType */
  LOBYTE(USB_AUDIO_CONFIG_DESC_SIZ),    /* wTotalLength  109 bytes*/
  HIBYTE(USB_AUDIO_CONFIG_DESC_SIZ),
  0x02,                                 /* bNumInterfaces */
  0x01,                                 /* bConfigurationValue */
  0x00,                                 /* iConfiguration */
  0xC0,                                 /* bmAttributes  BUS Powred*/
  0x32,                                 /* bMaxPower = 100 mA*/
  /* 09 byte*/

  /* USB Speaker Standard interface descriptor */
  AUDIO_INTERFACE_DESC_SIZE,            /* bLength */
  USB_DESC_TYPE_INTERFACE,              /* bDescriptorType */
  0x00,                                 /* bInterfaceNumber */
  0x00,                                 /* bAlternateSetting */
  0x00,                                 /* bNumEndpoints */
  USB_DEVICE_CLASS_AUDIO,               /* bInterfaceClass */
  AUDIO_SUBCLASS_AUDIOCONTROL,          /* bInterfaceSubClass */
  AUDIO_PROTOCOL_UNDEFINED,             /* bInterfaceProtocol */
  0x00,                                 /* iInterface */
  /* 09 byte*/

  /* USB Speaker Class-specific AC Interface Descriptor */
  AUDIO_INTERFACE_DESC_SIZE,            /* bLength */
  AUDIO_INTERFACE_DESCRIPTOR_TYPE,      /* bDescriptorType */
  AUDIO_CONTROL_HEADER,                 /* bDescriptorSubtype */
  0x00,          /* 1.00 */             /* bcdADC */
  0x01,
  0x27,                                 /* wTotalLength = 39*/
  0x00,
  0x01,                                 /* bInCollection */
  0x01,                                 /* baInterfaceNr */
  /* 09 byte*/

  /* USB Speaker Input Terminal Descriptor */
  AUDIO_INPUT_TERMINAL_DESC_SIZE,       /* bLength */
  AUDIO_INTERFACE_DESCRIPTOR_TYPE,      /* bDescriptorType */
  AUDIO_CONTROL_INPUT_TERMINAL,         /* bDescriptorSubtype */
  0x01,                                 /* bTerminalID */
  0x01,                                 /* wTerminalType AUDIO_TERMINAL_USB_STREAMING   0x0101 */
  0x01,
  0x00,                                 /* bAssocTerminal */
  0x01,                                 /* bNrChannels */
  0x00,                                 /* wChannelConfig 0x0000  Mono */
  0x00,
  0x00,                                 /* iChannelNames */
  0x00,                                 /* iTerminal */
  /* 12 byte*/

  /* USB Speaker Audio Feature Unit Descriptor */
  0x09,                                 /* bLength */
  AUDIO_INTERFACE_DESCRIPTOR_TYPE,      /* bDescriptorType */
  AUDIO_CONTROL_FEATURE_UNIT,           /* bDescriptorSubtype */
  AUDIO_OUT_STREAMING_CTRL,             /* bUnitID */
  0x01,                                 /* bSourceID */
  0x01,                                 /* bControlSize */
  AUDIO_CONTROL_MUTE,                   /* bmaControls(0) */
  0,                                    /* bmaControls(1) */
  0x00,                                 /* iTerminal */
  /* 09 byte*/

  /*USB Speaker Output Terminal Descriptor */
  0x09,      /* bLength */
  AUDIO_INTERFACE_DESCRIPTOR_TYPE,      /* bDescriptorType */
  AUDIO_CONTROL_OUTPUT_TERMINAL,        /* bDescriptorSubtype */
  0x03,                                 /* bTerminalID */
  0x01,                                 /* wTerminalType  0x0301*/
  0x03,
  0x00,                                 /* bAssocTerminal */
  0x02,                                 /* bSourceID */
  0x00,                                 /* iTerminal */
  /* 09 byte*/

  /* USB Speaker Standard AS Interface Descriptor - Audio Streaming Zero Bandwith */
  /* Interface 1, Alternate Setting 0                                             */
  AUDIO_INTERFACE_DESC_SIZE,            /* bLength */
  USB_DESC_TYPE_INTERFACE,              /* bDescriptorType */
  0x01,                                 /* bInterfaceNumber */
  0x00,                                 /* bAlternateSetting */
  0x00,                                 /* bNumEndpoints */
  USB_DEVICE_CLASS_AUDIO,               /* bInterfaceClass */
  AUDIO_SUBCLASS_AUDIOSTREAMING,        /* bInterfaceSubClass */
  AUDIO_PROTOCOL_UNDEFINED,             /* bInterfaceProtocol */
  0x00,                                 /* iInterface */
  /* 09 byte*/

  /* USB Speaker Standard AS Interface Descriptor - Audio Streaming Operational */
  /* Interface 1, Alternate Setting 1                                           */
  AUDIO_INTERFACE_DESC_SIZE,            /* bLength */
  USB_DESC_TYPE_INTERFACE,              /* bDescriptorType */
  0x01,                                 /* bInterfaceNumber */
  0x01,                                 /* bAlternateSetting */
  0x01,                                 /* bNumEndpoints */
  USB_DEVICE_CLASS_AUDIO,               /* bInterfaceClass */
  AUDIO_SUBCLASS_AUDIOSTREAMING,        /* bInterfaceSubClass */
  AUDIO_PROTOCOL_UNDEFINED,             /* bInterfaceProtocol */
  0x00,                                 /* iInterface */
  /* 09 byte*/

  /* USB Speaker Audio Streaming Interface Descriptor */
  AUDIO_STREAMING_INTERFACE_DESC_SIZE,  /* bLength */
  AUDIO_INTERFACE_DESCRIPTOR_TYPE,      /* bDescriptorType */
  AUDIO_STREAMING_GENERAL,              /* bDescriptorSubtype */
  0x01,                                 /* bTerminalLink */
  0x01,                                 /* bDelay */
  0x01,                                 /* wFormatTag AUDIO_FORMAT_PCM  0x0001 */
  0x00,
  /* 07 byte*/

  /* USB Speaker Audio Type III Format Interface Descriptor */
  0x0B,                                 /* bLength */
  AUDIO_INTERFACE_DESCRIPTOR_TYPE,      /* bDescriptorType */
  AUDIO_STREAMING_FORMAT_TYPE,          /* bDescriptorSubtype */
  AUDIO_FORMAT_TYPE_I,                  /* bFormatType */
  0x02,                                 /* bNrChannels */
  0x02,                                 /* bSubFrameSize :  2 Bytes per frame (16bits) */
  16,                                   /* bBitResolution (16-bits per sample) */
  0x01,                                 /* bSamFreqType only one frequency supported */
  AUDIO_SAMPLE_FREQ(USBD_AUDIO_FREQ),   /* Audio sampling frequency coded on 3 bytes */
  /* 11 byte*/

  /* Endpoint 1 - Standard Descriptor */
  AUDIO_STANDARD_ENDPOINT_DESC_SIZE,    /* bLength */
  USB_DESC_TYPE_ENDPOINT,               /* bDescriptorType */
  AUDIO_OUT_EP,                         /* bEndpointAddress 1 out endpoint */
  USBD_EP_TYPE_ISOC,                    /* bmAttributes */
  AUDIO_PACKET_SZE(USBD_AUDIO_FREQ),    /* wMaxPacketSize in Bytes (Freq(Samples)*2(Stereo)*2(HalfWord)) */
  AUDIO_FS_BINTERVAL,                   /* bInterval */
  0x00,                                 /* bRefresh */
  0x00,                                 /* bSynchAddress */
  /* 09 byte*/

  /* Endpoint - Audio Streaming Descriptor*/
  AUDIO_STREAMING_ENDPOINT_DESC_SIZE,   /* bLength */
  AUDIO_ENDPOINT_DESCRIPTOR_TYPE,       /* bDescriptorType */
  AUDIO_ENDPOINT_GENERAL,               /* bDescriptor */
  0x00,                                 /* bmAttributes */
  0x00,                                 /* bLockDelayUnits */
  0x00,                                 /* wLockDelay */
  0x00,
  /* 07 byte*/
} ;

USB Device Tree Viewer查看到的设备信息:

 

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