STM32 - 3

时钟和USB接口

时钟

一些缩写

• 外部高速时钟：HSE
• 内部高速时钟：HSI
• 时钟和复位控制：RCC（Reset and Clock Control)

STM32的时钟系统简介

这个图是官方手册的时钟树的简化版，为了便于理解，可以从中间的SYSCLK，把整个时钟树分为两部分：左边为时钟源，右边为片上外设。

系统时钟来源选择

可以看到SYSCLK旁边的那个梯形，就是一个选择器，由他来选择STM32究竟用哪个时钟源。HSE、HSI就不再多说，中间的那个PLL叫锁相环，用来做倍频的，就是把HSI或HSE做一定的倍频之后再作为整个片上外设的时钟输入。

片上外设时钟

SYSCLK右边，会首先过一个AHB总线进行分频，把输入的时钟频率分成1/n，变成了HCLK。然后HCLK一分为二， 去供给片上外设。其中APB1的最大频率比APB2低一些，即APB2的时钟的最高频率搞一些，功耗也高一些，适合高频的片上外设。

• APB1和APB2是两条总线，都挂载在AHB总线上
• 驱动Cortex-M3内核的时钟是HCLK

STM32时钟编程接口

API

首先了解两个API：

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// 配置时钟来源，即上面图中的左半部分
HAL_StatusTypeDef HAL_RCC_OscConfig(RCC_OscInitTypeDef *RCC_OscInitStruct);

// 配置SYSCLK、HCLK、PCLK1、PCLK2时钟，即上面图中的右半部分
HAL_StatusTypeDef HAL_RCC_ClockConfig(RCC_ClkInitTypeDef *RCC_ClkInitStruct, uint32_t Flatency);

时钟配置

首先，我们需要去配置时钟来源。从上面的API可以看到，配置时钟源需要一个RCC_OscInitTypeDef，其定义可以去看源码，现在我们就以外部时钟源+9倍频锁相环为例，看看怎么配置：

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RCC_OscInitTypeDef oscInit;
// 配置时钟类型为HSE
oscInit.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
// 配置HSE开启或关闭
oscInit.HSEState = RCC_HSE_ON;
// 配置打开锁相环PLL
oscInit.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
// 设置PLL的时钟来源
oscInit.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
// 设置PLL的倍频倍数为9倍频
oscInit.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;

// 设置时钟源
HAL_RCC_OscConfig(&oscInit);

设置完时钟源之后，就可以设置后续的时钟了，代码如下：

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RCC_ClkInitTypeDef clkInit;
// 被设置的时钟类型，我们选择SYSCLK和HCLK
clkInit.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK | RCC_CLOCKTYPE_HCLK;
// 设置SYSCLK等于PLL时钟源
clkInit.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLL
// 通过设置AHB分频器分频倍率为1，来设置HCLK=SYSCLK
clkInit.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;

// 最后设置时钟
HAL_RCC_ClockConfig(&clkInit, FLASH_LATENCY_2);

最后一个参数的FLASH_LATENCY配置，实际上和你设置的时钟SYSCLK有关系，具体多少频率的时钟对应多少FLASH_LATENCY需要去库里面的代码里看注释。

到这里，时钟就配置完了。更多的时钟配置可以去看HAL库的源代码手册。

USB

USB介绍

首先需要介绍下usb的基本概念和参数，这对于在stm32上使用usb设备有很大的帮助。

USB默认是个4pin设备，其中中间的D+和D-分别会接一个15K的下拉电阻：

所以，默认D+和D-默认都是低电平。然而，在USB插头上面，D+会接一个1.5K的上拉电阻，这样的话一旦插入USB设备，D+就会被拉到高电平，产生一个中断表名设备已连接。

USB分为主机和设备，所有的通信都是由主机（比如PC）发起的，输入和输出也都是针对主机而言。

USB的传输类型

一共4种：

1. 控制：一般是用于初次连接的初始化，比如分配地址、获取USB设备信息等
2. 中断：主机会定时询问是否有数据，这就是鼠标、键盘等设备的通信模式
3. 批量：大文件传输
4. 同步：数据同步，比如摄像头

USB供电

USB可以给设备供电，这是通过VBUS来供电的。USB2.0给低功耗设备供电电流最多可以100ma。对于高功耗设备，最高不超过500ma。

USB配置描述符

上面说的这些配置，比如是否低功耗设备等，都是在最初连接的时候，设备通过USB配置描述符告诉主机的。下面是一个例子，可以参考下。具体所有的描述符建议去USB的官方查看官方文档：

USB HID

USB支持很多种设备类型，我们主要会用到HID，即Human Interface Device。

USB挂起模式

当USB主机连续3ms没有检测到USB设备有信号，就自动进入USB挂起模式。因此，为了避免进入挂起模式，设备需要周期性地发送Keep Alive或者SOF信号。

HID键盘的键值

对于USB HID设备来说，其键盘的数据包包含8个字节。基本上可以分为3部分：

• Byte0：功能键，如L/R-Ctrl、Shift、Alt、GUI等
• Byte1：保留
• Byte2-7：普通按键

对于普通按键来说，HID设备已经规定好了各个按键的键值，比如右箭头的键值为79（十六进制0x4F）。如果要向主机发送一个右箭头按键，那么在Byte2写个0x4F就行了。

STM32的USB配置

默认情况下，STM32CubeMX生成的USB HID设备是鼠标，需要修改配置描述符来修改为键盘的键值。首先看一下STM32CubeMX配置USB的界面：

左下角可以看到F411是USB_OTG_FS，意思是带OTF的全速USB设备。中间可以看到相关的配置项，对于键盘设备一般选Device Only即可。下面是休眠和供电的选项，选不选都可以。

然后，在middleware下选择USB_DEVICE，就可以看到作为USB设备的相关配置：

中间的Class For FS IP就选择HID设备，下面的Device Descriptor设备描述符，就可以配置这个USB设备连接到电脑上之后的一些信息，比如厂家、设备名等等。然后生成代码即可。

默认情况下，CubeMX生成的HID设备是鼠标。在生成的代码中，找到usbd_hid.c文件，找到这段代码：

可以看到有一个nInterfaceProtocol，在默认情况下值为0x02，即mouse。对于键盘我们把它改成0x01即可。此外，在下面还有一个HID_MOUSE_REPORT_DESC_SIZE常量，指的是鼠标的回报描述符的大小，我们也需要把它改为键盘的大小：

需要注意的是，这个DESC_SIZE有两处，都需要改为键盘。

改完上面三个地方之后，我们的代码就可以作为键盘的USBHID设备连接到电脑上了。

数据传输

最后的最后，在代码中只需要调用

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USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceHS,  data, data_length);

即可向USB主机端发送数据。当然，data和data_length都必须符合USB的描述以及配置。具体请参见USB的文档：https://www.usb.org