【MCU实战经验】+F3做极品飞车USB手柄

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armadyne 发布时间：2014-4-20 11:14

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下面介绍的方法具有通用性。用F4discovery也可以做，区别是F4用的是usbotg。
STM32F3 是意法半导体基于ARM® Cortex™-M4 高性能微控制器的产品阵容的重要一员。探索套件的传感器资源如下：
1 .三轴陀螺仪L3GD20

2.六轴地磁传感器LSM303,也可输出加速度值
具体如下：

那么我们如何做一个PC上的游戏手柄呢，PC如何识别它是一个游戏手柄呢，游戏有怎么识别它呢？
答案就是我们其实做的不是手柄而是USB键盘，我们返回给PC的是键盘的按键值，如果要做自定义手柄，那就要自己开发驱动，并且游戏认不认你还两说[

，所以我们做一个键盘就行了，这样既能被PC识别，又能被游戏识别，何乐而不为呢？

如果你又说模拟键盘的的话我们操作的体验与用键盘操作差不多了，只是方式改变了。确实只是方式改变了，由手指变成了双手加胳膊，可能还要加上腰，可能还要加上屁股

，最终你还是发现操作还不如键盘，这是因为游戏根本就不认识咱，或者说游戏本来就不支持感应操作，但是咱们却获得了不同的体验。
好，下面说一下实现方案：
1. 使用加速度计玩呢还是陀螺仪玩呢，还是两者都用呢？当然都可以，不同方式可以获得不同的体验，具体啥体验，大家自己试试就知道了，我用的是加速度值。
2.如何用USB接口模拟出键盘呢？这里简单介绍一下USB，USB协会按照不同的应用定义的一些USB类，这些类用于描述接口。如果一个USB设备里有两个接口，分别实现了两个类，这个USB设备就被称为USB复合设备。在这些类协议里面，USB协会根据不同的应用特性定义了USB通信所使用的端点数量，通信频率，传输类型，数据包大小，以及为实现应用所使用的命令集。其中有一个HID类，也就是人机接口类，我们通过它来实现。并且音频类，通信设备类，固件升级类，人机接口类和大容量存储设备类，ST都已提供设备端的协议解析源代码。

最新的官方手册： STM32 USB-FS-Device development kit .pdf (1.74 MB, 下载次数: 224)

2014-4-20 10:15 上传
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ST提供的库+例程（前天刚下的，最新的） STM32 USB-FS-Device development kit.zip (6.43 MB, 下载次数: 3472)

2014-4-20 10:16 上传
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3.还需要一本书：链接地址.txt (31 Bytes, 下载次数: 119)

2014-4-20 11:08 上传
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4.为了减小工作量，我们直接在F3的USB例程中改，打开后工程目录如图，我们所要改的主要usb_desc.c,设备描述符在这里。我们只需要修改这里的idVendor（即VID）和idProduct（即PID）即可使电脑端识别设备以加载驱动，所以必须不能跟现有的设备相冲突。我们将VID改成0x1234，将PID改成0x4321，由于是低字节在前故写在里面即: 0x34, 0x12, 0x21, 0x43。然后再修改配置描述符集合。配置描述符集合包括配置描述符、接口描述符、类特殊描述符（这里是HID描述符）、以及端点描述符。如果你需要增加端点，那么在最后增加就行了，注意要记得修改JOYSTICK_SIZ_CONFIG_DESC的值为配置描述符集合的长度。第一部分为配置描述符。通常这里不需要修改，除非你要改成该配置有多个接口（USB复合设备），那么应该修改bNumInterfaces，需要多少个就改成多少个，这里只有一个接口，所以值为1。第二部分为接口描述符，在接口描述符中决定该接口所实现的功能，例如HID设备，或者是大容量存储设备等等。其中bInterfaceNumber为该接口的编号，从0开始。这里只有一个接口，所以它的值为0，如果又更多的接口，则依次编号。注意一个接口完整结束（包括该接口下的类特殊描述符和端点描述符）后，才开始一个新的接口。bNumEndpoints为该接口所使用的端点数目（不包括端点0），原来的程序是实现鼠标功能的，所以只有一个输入端点。bInterfaceClass为接口所使用的类，这里指定为HID设备，USB键盘和鼠标都是HID设备，这里不用修改，如果你要实现其它设备，请根据USB协议所规定的类来修改。bInterfaceSubClass为接口所使用的子类，在HID设备类下规定了两种子类，系统引导时能用的和不能用的，这里为1，表示系统引导时能使用。bInterfaceProtocol为接口的协议，原来为鼠标，这里改为1，键盘。第三部分为HID描述符，只有HID设备才有，如果你要修改成其它设备，则用其它设备的类特殊描述符代替或者没有，在这里不用做修改。第四部分为输入端点1的端点描述符，原来代码中，设置的端点最大包长度（wMaxPacketSize）为4字节，我们将其改成8字节。另外，我们再增加一个输出端点1，将最后的输入端点1描述符复制一份，然后修改地址（bEndpointAddress）为0x01，这表示该端点为输出端点，地址为1。由bEndpointAddress的最高位表示方向，1为输入，0为输出，最后4位表示地址。最后，要记得在usb_desc.h文件中修改JOYSTICK_SIZ_CONFIG_DESC的长度为41，因为我们增加了7字节。接下来，还需要修改报告描述符，
改好如下：（可以直接复制到keil里，覆盖原文件）
/******************** (C) COPYRIGHT 2011 STMicroelectronics ********************
* File Name : usb_desc.c
* Author : MCD Application Team
* Version : V3.3.0
* Date : 21-March-2011
* Description : Descriptors for Joystick Mouse Demo
********************************************************************************
* THE PRESENT FIRMWARE WHICH IS FOR GUIDANCE ONLY AIMS AT PROVIDING CUSTOMERS
* WITH CODING INFORMATION REGARDING THEIR PRODUCTS IN ORDER FOR THEM TO SAVE TIME.
* AS A RESULT, STMICROELECTRONICS SHALL NOT BE HELD LIABLE FOR ANY DIRECT,
* INDIRECT OR CONSEQUENTIAL DAMAGES WITH RESPECT TO ANY CLAIMS ARISING FROM THE
* CONTENT OF SUCH FIRMWARE AND/OR THE USE MADE BY CUSTOMERS OF THE CODING
* INFORMATION CONTAINED HEREIN IN CONNECTION WITH THEIR PRODUCTS.
*******************************************************************************/

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "usb_lib.h"
#include "usb_desc.h"

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
/* Extern variables ----------------------------------------------------------*/
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
/* Private functions ---------------------------------------------------------*/

/* USB Standard Device Descriptor */
const u8 Joystick_DeviceDescriptor[JOYSTICK_SIZ_DEVICE_DESC] =
{
0x12, /*bLength */
USB_DEVICE_DESCRIPTOR_TYPE, /*bDescriptorType*/
0x00, /*bcdUSB */
0x02,
0x00, /*bDeviceClass*/
0x00, /*bDeviceSubClass*/
0x00, /*bDeviceProtocol*/
0x40, /*bMaxPacketSize40*/
0x34, /*idVendor (0x1234)*/
0x12,
0x21, /*idProduct = 0x4321*/
0x43,
0x00, /*bcdDevice rel. 2.00*/
0x02,
1, /*Index of string descriptor describing
manufacturer */
2, /*Index of string descriptor describing
product*/
3, /*Index of string descriptor describing the
device serial number */
0x01 /*bNumConfigurations*/
}
; /* Joystick_DeviceDescriptor */

/* USB Configuration Descriptor */
/* All Descriptors (Configuration, Interface, Endpoint, Class, Vendor */
const u8 Joystick_ConfigDescriptor[JOYSTICK_SIZ_CONFIG_DESC] =
{
//ÒÔÏÂÎªÅäÖÃÃèÊö·û
0x09, /* bLength: Configuation Descriptor size */
USB_CONFIGURATION_DESCRIPTOR_TYPE, /* bDescriptorType: Configuration */
JOYSTICK_SIZ_CONFIG_DESC,
/* wTotalLength: Bytes returned */
0x00,
0x01, /*bNumInterfaces: 1 interface*/
0x01, /*bConfigurationValue: Configuration value*/
0x00, /*iConfiguration: Index of string descriptor describing
the configuration*/
0xC0, /*bmAttributes: self powered */
0x32, /*MaxPower 100 mA: this current is used for detecting Vbus*/

//ÒÔÏÂÎª½Ó¿ÚÃèÊö·û
/************** Descriptor of Joystick Mouse interface ****************/
/* 09 */
0x09, /*bLength: Interface Descriptor size*/
USB_INTERFACE_DESCRIPTOR_TYPE,/*bDescriptorType: Interface descriptor type*/
0x00, /*bInterfaceNumber: Number of Interface*/
0x00, /*bAlternateSetting: Alternate setting*/
0x02, /*bNumEndpoints*/
0x03, /*bInterfaceClass: HID*/
0x01, /*bInterfaceSubClass : 1=BOOT, 0=no boot*/
0x01, /*bInterfaceProtocol : 0=none, 1=keyboard, 2=mouse*/
0, /*iInterface: Index of string descriptor*/

//ÒÔÏÂÎªHIDÃèÊö·û
/******************** Descriptor of Joystick Mouse HID ********************/
/* 18 */
0x09, /*bLength: HID Descriptor size*/
HID_DESCRIPTOR_TYPE, /*bDescriptorType: HID*/
0x00, /*bcdHID: HID Class Spec release number*/
0x01,
0x00, /*bCountryCode: Hardware target country*/
0x01, /*bNumDescriptors: Number of HID class descriptors to follow*/
0x22, /*bDescriptorType*/
JOYSTICK_SIZ_REPORT_DESC,/*wItemLength: Total length of Report descriptor*/
0x00,

//ÒÔÏÂÎªÊäÈë¶Ëµã1ÃèÊö·û
/******************** Descriptor of Joystick Mouse endpoint ********************/
/* 27 */
0x07, /*bLength: Endpoint Descriptor size*/
USB_ENDPOINT_DESCRIPTOR_TYPE, /*bDescriptorType:*/
0x81, /*bEndpointAddress: Endpoint Address (IN)*/
0x03, /*bmAttributes: Interrupt endpoint*/
0x08, /*wMaxPacketSize: 8 Byte max */
0x00,
0x20, /*bInterval: Polling Interval (32 ms)*/

//ÒÔÏÂÎªÊä³ö¶Ëµã1ÃèÊö·û
/* 34 */
0x07, /*bLength: Endpoint Descriptor size*/
USB_ENDPOINT_DESCRIPTOR_TYPE, /*bDescriptorType:*/
0x01, /*bEndpointAddress: Endpoint Address (OUT)*/
0x03, /*bmAttributes: Interrupt endpoint*/
0x08, /*wMaxPacketSize: 8 Byte max */
0x00,
0x20, /*bInterval: Polling Interval (32 ms)*/
/* 41 */
}; /* MOUSE_ConfigDescriptor */

const u8 Joystick_ReportDescriptor[JOYSTICK_SIZ_REPORT_DESC] =
{
0x05, 0x01, // USAGE_PAGE (Generic Desktop)
0x09, 0x06, // USAGE (Keyboard)
0xa1, 0x01, // COLLECTION (Application)
0x05, 0x07, // USAGE_PAGE (Keyboard/Keypad)
0x19, 0xe0, // USAGE_MINIMUM (Keyboard LeftControl)
0x29, 0xe7, // USAGE_MAXIMUM (Keyboard Right GUI)
0x15, 0x00, // LOGICAL_MINIMUM (0)
0x25, 0x01, // LOGICAL_MAXIMUM (1)
0x95, 0x08, // REPORT_COUNT (8)
0x75, 0x01, // REPORT_SIZE (1)
0x81, 0x02, // INPUT (Data,Var,Abs)
0x95, 0x01, // REPORT_COUNT (1)
0x75, 0x08, // REPORT_SIZE (8)
0x81, 0x03, // INPUT (Cnst,Var,Abs)
0x95, 0x06, // REPORT_COUNT (6)
0x75, 0x08, // REPORT_SIZE (8)
0x25, 0xFF, // LOGICAL_MAXIMUM (255)
0x19, 0x00, // USAGE_MINIMUM (Reserved (no event indicated))
0x29, 0x65, // USAGE_MAXIMUM (Keyboard Application)
0x81, 0x00, // INPUT (Data,Ary,Abs)
0x25, 0x01, // LOGICAL_MAXIMUM (1)
0x95, 0x02, // REPORT_COUNT (2)
0x75, 0x01, // REPORT_SIZE (1)
0x05, 0x08, // USAGE_PAGE (LEDs)
0x19, 0x01, // USAGE_MINIMUM (Num Lock)
0x29, 0x02, // USAGE_MAXIMUM (Caps Lock)
0x91, 0x02, // OUTPUT (Data,Var,Abs)
0x95, 0x01, // REPORT_COUNT (1)
0x75, 0x06, // REPORT_SIZE (6)
0x91, 0x03, // OUTPUT (Cnst,Var,Abs)
0xc0 // END_COLLECTION
};

/* USB String Descriptors (optional) */
const u8 Joystick_StringLangID[JOYSTICK_SIZ_STRING_LANGID] =
{
JOYSTICK_SIZ_STRING_LANGID,
USB_STRING_DESCRIPTOR_TYPE,
0x09,
0x04
}
; /* LangID = 0x0409: U.S. English */

const u8 Joystick_StringVendor[JOYSTICK_SIZ_STRING_VENDOR] =
{
JOYSTICK_SIZ_STRING_VENDOR, /* Size of Vendor string */
USB_STRING_DESCRIPTOR_TYPE, /* bDescriptorType*/
/* Manufacturer: "STMicroelectronics" */
0x81,0x67, //¼«
0xc1,0x54, //Æ·
0xde,0x98, //·É
0x66,0x8f, //³µ
};

const uint8_t Joystick_StringProduct[JOYSTICK_SIZ_STRING_PRODUCT] =
{
JOYSTICK_SIZ_STRING_PRODUCT, /* bLength */
USB_STRING_DESCRIPTOR_TYPE, /* bDescriptorType */
0x81,0x67, //¼«
0xc1,0x54, //Æ·
0xde,0x98, //·É
0x66,0x8f, //³µ
};
uint8_t Joystick_StringSerial[JOYSTICK_SIZ_STRING_SERIAL] =
{
JOYSTICK_SIZ_STRING_SERIAL, /* bLength */
USB_STRING_DESCRIPTOR_TYPE, /* bDescriptorType */
0x81,0x67, //¼«
0xc1,0x54, //Æ·
0xde,0x98, //·É
0x66,0x8f, //³µ
};

/******************* (C) COPYRIGHT 2007 STMicroelectronics *****END OF FILE****/
注：（1）关于报告说明符的解释：该报告描述符说明输入报告为8字节，第一字节为特殊键（ctrl，alt），用位图表示，第二字节保留，第三至第八字节为普通按键。也就是支持同时按下，具体的键值更新识别由PC操作系统完成。
在usb_prop.c文件中，找到void Joystick_Reset(void)函数，该函数是负责初始化端点的。原来对端点1输入的初始化设置为4字节，我们将它改成8字节。并增加对端点输出的初始化，
void Joystick_Reset(void)
{
/* Set Joystick_DEVICE as not configured */
pInformation->Current_Configuration = 0;
pInformation->Current_Interface = 0;/*the default Interface*/

/* Current Feature initialization */
pInformation->Current_Feature = Joystick_ConfigDescriptor[7];

SetBTABLE(BTABLE_ADDRESS);

/* Initialize Endpoint 0 */
SetEPType(ENDP0, EP_CONTROL);
SetEPTxStatus(ENDP0, EP_TX_STALL);
SetEPRxAddr(ENDP0, ENDP0_RXADDR);
SetEPTxAddr(ENDP0, ENDP0_TXADDR);
Clear_Status_Out(ENDP0);
SetEPRxCount(ENDP0, Device_Property.MaxPacketSize);
SetEPRxValid(ENDP0);

/* Initialize Endpoint 1 */
SetEPType(ENDP1, EP_INTERRUPT);
SetEPTxAddr(ENDP1, ENDP1_TXADDR);
SetEPTxCount(ENDP1, 8); //ÉèÖÃ·¢ËÍ³¤¶ÈÎª8
//SetEPRxStatus(ENDP1, EP_RX_DIS);
SetEPTxStatus(ENDP1, EP_TX_NAK);
SetEPRxAddr(ENDP1, ENDP1_RXADDR); //ÉèÖÃ½ÓÊÕÊý¾ÝµÄµØÖ·
SetEPRxCount(ENDP1, 1); //ÉèÖÃ½ÓÊÕ³¤¶È
SetEPRxStatus(ENDP1, EP_RX_VALID); //ÉèÖÃ¶ËµãÓÐÐ§£¬¿ÉÒÔ½ÓÊÕÊý¾Ý

/* Set this device to response on default address */
SetDeviceAddress(0);

bDeviceState = ATTACHED;

}
注：需要在usb_conf.h中增加对ENDP1_RXADDR的定义：
#define ENDP1_RXADDR (0xD8)

最后应该就是修改主函数了：（此时可以先编译一下，将程序下载到板子上，换到usb接口，插到电脑上，系统应该已经识别了一个名为“极品飞车”的人体学输入设备（我的XP系统）），主函数直接给出，大家一看就明白了：
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