用USB Monitor监视USB枚举(配置、识别)过程(USB枚举过程分析

本文详细介绍了如何使用USB监控工具来理解和分析USB设备的交互过程,包括USB协议的基本概念、设备枚举、数据传输等关键环节。通过实例演示,读者将能够掌握USB监控的技巧,从而更好地诊断和解决问题。

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http://usb.baiheee.com/usb_article/usb_spec/usb_monitor_sample.html

<think>我们正在解决STM32 HAL库开发的USB CUSTOM HID设备在断开后无法正常重连的问题。根据用户提供的信息和之前的回答,我们将从以下几个方面进行深入分析和解决: 问题分析: 当USB设备断开后无法重连,通常是由于软件状态未正确复位或硬件未重新初始化导致的。在STM32 HAL库中,USB外设的断开处理需要特别注意状态机的复位。 解决方案: 1. 确保在USB断开时正确执行反初始化和重新初始化: 在HAL库中,当检测到USB断开(例如VBUS断开)时,会触发断开回调函数。我们需要在这个回调函数中执行以下步骤: - 停止USB外设 - 反初始化USB外设 - 重新初始化USB外设并启动 但是,需要注意的是,重新初始化可能会因为某些全局状态未清除而失败。因此,我们需要确保在重新初始化之前,将USB堆栈的状态重置。 2. 修改断开回调函数: 在`usbd_conf.c`中,我们可以实现`HAL_PCD_DisconnectCallback`回调函数,并添加重新初始化的代码。 3. 处理USB全局状态: 由于USB设备库(如`usbd_core`)内部维护了一些状态,仅仅重新初始化外设可能不够。我们还需要重置USB设备库的状态。这可以通过调用`USBD_DeInit`和`USBD_Init`来实现。 4. 避免在断开期间发生中断冲突: 在重新初始化之前,确保禁用所有USB中断,并在重新初始化后重新使能。 具体步骤: 步骤1:在断开回调中执行以下操作 ```c void HAL_PCD_DisconnectCallback(PCD_HandleTypeDef *hpcd) { // 1. 停止USB设备 USBD_Stop(&hUsbDeviceFS); // 2. 反初始化USB设备库 USBD_DeInit(&hUsbDeviceFS); // 3. 重新初始化USB设备 MX_USB_DEVICE_Init(); } ``` 步骤2:检查USB设备库的重新初始化函数 确保`MX_USB_DEVICE_Init`函数中正确调用了`USBD_Init`和`USBD_RegisterClass`等函数,并且设置了正确的回调函数。 步骤3:处理可能的时钟问题 在重新初始化时,确保USB时钟没有被改变。如果USB时钟依赖于PLL,需要确保PLL已经稳定运行。 步骤4:处理HAL库的USB状态机 在重新初始化之前,可以尝试复位USB外设的寄存器,使用`__HAL_RCC_USB_FORCE_RESET()`和`__HAL_RCC_USB_RELEASE_RESET()`来复位外设。 步骤5:确保在重新初始化之前有足够的延时 有时,立即重新初始化可能会导致问题,因此可以添加一个短暂的延时(例如100ms)让主机完全断开。 改进的断开回调函数示例: ```c void HAL_PCD_DisconnectCallback(PCD_HandleTypeDef *hpcd) { // 停止USB设备 USBD_Stop(&hUsbDeviceFS); // 反初始化USB设备库 USBD_DeInit(&hUsbDeviceFS); // 强制复位USB外设 __HAL_RCC_USB_FORCE_RESET(); HAL_Delay(10); __HAL_RCC_USB_RELEASE_RESET(); // 延时一段时间,让主机检测到断开 HAL_Delay(100); // 重新初始化 MX_USB_DEVICE_Init(); // 重新启动USB设备 USBD_Start(&hUsbDeviceFS); } ``` 注意:上述代码中的`hUsbDeviceFS`是`USBD_HandleTypeDef`类型的全局变量,在`usbd_conf.h`中定义。 步骤6:检查连接引脚配置(对于有ID线的OTG设备) 如果使用的是OTG USB,需要确保在重新初始化时正确配置了ID线。对于Device Only模式,通常不需要。 步骤7:避免在断开时进行USB通信 在断开回调中,应确保任何正在进行的USB传输都被终止,并且应用程序不再尝试发送数据,直到重新连接完成。 步骤8:连接状态管理 在应用程序中,可以设置一个连接状态标志,当断开时,应用程序停止发送数据;当连接重新建立后,再恢复发送。 其他注意事项: 1. 如果使用了USB中断,确保在重新初始化后中断使能被正确设置。 2. 检查电源管理:确保在低功耗模式下,USB外设能够正确唤醒并重新初始化。 如果上述步骤仍然不能解决问题,可能需要检查硬件连接,特别是VBUS和D+/D-线路的稳定性。 由于问题可能涉及多个层面,建议逐步测试,例如先确保断开回调被正确触发,再测试重新初始化是否成功。 最后,可以参考ST官方提供的USB HID例程,查看其中关于断开重连的处理方式。 根据引用[2]中提到的Bus Hound工具,我们可以使用它来监视USB的重新枚举过程,以确定设备是否成功重新连接。 生成相关问题: 1. 如何正确实现STM32 USB设备的断开重连回调函数? 2. 使用Bus Hound工具如何分析USB设备的重新枚举过程? 3. STM32 USB设备在低功耗模式下如何实现重连? 4. 如何检测STM32 USB设备的连接状态? 5. STM32 USB HID设备重新连接后主机无法识别怎么办?</think>### STM32 HAL库 USB CUSTOM HID设备断开重连问题解决方案 #### 1. **核心问题诊断** USB设备断开后无法重连通常由以下原因导致: - **软件状态机未复位**:USB堆栈状态卡在错误状态未清除[^2] - **硬件未完全复位**:USB外设寄存器残留错误配置 - **中断冲突**:断开事件未正确处理导致中断锁死 - **时钟配置不稳定**:USB时钟源在重连时未同步 #### 2. **关键修复代码实现** 在`usbd_conf.c`中添加断开回调处理: ```c // USB断开事件回调(强制软复位) void HAL_PCD_DisconnectCallback(PCD_HandleTypeDef *hpcd) { // 1. 停止USB协议栈 USBD_Stop(&hUsbDeviceFS); // 2. 完全复位USB外设 __HAL_RCC_USB_FORCE_RESET(); HAL_Delay(2); __HAL_RCC_USB_RELEASE_RESET(); // 3. 重新初始化 MX_USB_DEVICE_Init(); // 4. 重启USB协议栈 USBD_Start(&hUsbDeviceFS); } ``` #### 3. **状态机监控与恢复** 在`main.c`中添加连接状态监控: ```c // USB连接状态检测线程 void usb_monitor_thread(void *arg) { while(1) { if(hUsbDeviceFS.dev_state != USBD_STATE_CONFIGURED) { HAL_PCD_DisconnectCallback(&hpcd_USB_FS); } osDelay(100); // 每100ms检测一次 } } ``` #### 4. **端点错误处理增强** 修改`usbd_customhid.c`中的错误处理: ```c void USBD_CUSTOM_HID_DataIn(USBD_HandleTypeDef *pdev, uint8_t epnum) { // 添加传输错误检测 if(pdev->ep_in[epnum].rem_length > 0) { USBD_CUSTOM_HID_HandleTypeDef *hid = pdev->pClassData; hid->state = CUSTOM_HID_ERROR; HAL_PCD_DisconnectCallback((PCD_HandleTypeDef*)pdev->pData); } } ``` #### 5. **电源管理优化** 在`stm32xx_hal_pcd.c`中配置VBUS检测: ```c void HAL_PCD_MspInit(PCD_HandleTypeDef *hpcd) { // 启用VBUS检测中断 __HAL_PCD_ENABLE(hpcd); HAL_PCDEx_SetRxFiFo(hpcd, 0x80); HAL_PCDEx_SetTxFiFo(hpcd, 0, 0x40); HAL_PCDEx_SetTxFiFo(hpcd, 1, 0x80); // ★关键配置★ 使能断开检测 hpcd->Instance->GCCFG |= USB_OTG_GCCFG_NOVBUSSENS; hpcd->Instance->GCCFG |= USB_OTG_GCCFG_VBUSBSEN; } ``` #### 6. **验证与测试方案** 1. **物理断开测试**: ```c // 模拟物理断开(测试用) HAL_GPIO_WritePin(USB_DISCONNECT_GPIO_Port, USB_DISCONNECT_Pin, GPIO_PIN_SET); HAL_Delay(1000); HAL_GPIO_WritePin(USB_DISCONNECT_GPIO_Port, USB_DISCONNECT_Pin, GPIO_PIN_RESET); ``` 2. **Bus Hound监控**: - 过滤`Device Connect/Disconnect`事件 - 检查重连时的描述符请求序列 - 验证`SET_CONFIGURATION`命令响应 #### 故障排除流程图 ```mermaid graph TD A[USB断开] --> B{检测断开原因} B -->|VBUS丢失| C[检查电源电路] B -->|协议错误| D[检查端点状态机] B -->|时钟异常| E[测量48MHz时钟] C --> F[增加VBUS滤波电容] D --> G[强制复位USB外设] E --> H[调整PLL配置] F --> I[重新枚举测试] G --> I H --> I I -->|成功| J[正常通信] I -->|失败| K[使用JTAG调试SOF] ``` ---
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