11 KiB
CherryUSB
CherryUSB 是一个小而美的、可移植性高的、用于嵌入式系统(带 USB IP)的 USB 主从协议栈。
为什么选择
易于学习 USB
为了方便用户学习 USB 基本知识、枚举、驱动加载、IP 驱动，因此，编写的代码具备以下优点：
- 代码精简，逻辑简单，无复杂 C 语言语法
- 树状化编程，代码层层递进
- Class 驱动和 porting 驱动模板化、精简化
- API 分类清晰（从机：初始化、注册类、命令回调类、数据收发类；主机：初始化、查找类、数据收发类）
易于使用 USB
为了方便用户使用 USB 接口，考虑到用户学习过 uart 和 dma，因此，设计的数据收发类接口具备以下优点：
- 等价于使用 uart tx dma/uart rx dma
- 收发长度没有限制，用户不需要关心 USB 分包过程（porting 驱动做分包过程）
易于发挥 USB 性能
考虑到 USB 性能问题，尽量达到 USB 硬件理论带宽，因此，设计的数据收发类接口具备以下优点：
- Porting 驱动直接对接寄存器，无抽象层封装
- Memory zero copy
- IP 如果带 DMA 则使用 DMA 模式（DMA 带硬件分包功能）
- 长度无限制，方便对接硬件 DMA 并且发挥 DMA 的优势
- 分包功能在中断中处理
目录结构
| 目录名 | 描述 |
|---|---|
| class | usb class 类主从驱动 |
| common | usb spec 定义、常用宏、标准接口定义 |
| core | usb 主从协议栈核心实现 |
| demo | 主从 class demo |
| docs | 文档 |
| osal | os 封装层 |
| platform | 其他 os 全家桶适配 |
| port | usb 主从需要实现的 porting 接口 |
| tools | 工具链接 |
Device 协议栈简介
CherryUSB Device 协议栈对标准设备请求、CLASS 请求、VENDOR 请求以及 custom 特殊请求规范了一套统一的函数框架，采用面向对象和链表的方式，能够使得用户快速上手复合设备，不用管底层的逻辑。同时，规范了一套标准的 dcd porting 接口，用于适配不同的 USB IP，达到面向 ip 编程。
CherryUSB Device 协议栈当前实现以下功能：
- 支持 USB2.0 全速和高速设备，USB3.0 超速设备
- 支持端点中断注册功能，porting 给用户自己处理中断里的数据
- 支持复合设备
- 支持 Communication Device Class (CDC_ACM, CDC_ECM)
- 支持 Human Interface Device (HID)
- 支持 Mass Storage Class (MSC)
- 支持 USB VIDEO CLASS (UVC1.0、UVC1.5)
- 支持 USB AUDIO CLASS (UAC1.0、UAC2.0)
- 支持 Device Firmware Upgrade CLASS (DFU)
- 支持 USB MIDI CLASS (MIDI)
- 支持 Remote NDIS (RNDIS)
- 支持 WINUSB1.0、WINUSB2.0(带 BOS )
- 支持 Vendor 类 class
- 支持相同 USB IP 的多从机
CherryUSB Device 协议栈资源占用说明（GCC 10.2 with -O2）：
| file | FLASH (Byte) | No Cache RAM (Byte) | RAM (Byte) | Heap (Byte) |
|---|---|---|---|---|
| usbd_core.c | 3516 | 256(default) + 320 | 0 | 0 |
| usbd_cdc.c | 392 | 0 | 0 | 0 |
| usbd_msc.c | 2839 | 128 + 512(default) | 16 | 0 |
| usbd_hid.c | 364 | 0 | 0 | 0 |
| usbd_audio.c | 1455 | 0 | 0 | 0 |
| usbd_video.c | 2494 | 0 | 84 | 0 |
| usbd_rndis.c | 2109 | 3340 | 76 | 0 |
Host 协议栈简介
CherryUSB Host 协议栈对挂载在 roothub、外部 hub 上的设备规范了一套标准的枚举实现，对不同的 Class 类也规范了一套标准接口，用来指示在枚举后和断开连接后该 Class 驱动需要做的事情。同时，规范了一套标准的 hcd porting 接口，用于适配不同的 USB IP，达到面向 IP 编程。最后，协议栈使用 OS 管理，并提供了 osal 用来适配不同的 os。
CherryUSB Host 协议栈当前实现以下功能：
- 自动加载支持的Class 驱动
- 支持阻塞式传输和异步传输
- 支持复合设备
- 支持多级 HUB,最高可拓展到 7 级(目前测试 1拖 10 没有问题，当前仅支持 dwc2 和 ehci)
- 支持 Communication Device Class (CDC_ACM, CDC_ECM)
- 支持 Human Interface Device (HID)
- 支持 Mass Storage Class (MSC)
- Support USB Video CLASS（商业收费）
- Support USB Audio CLASS（商业收费）
- 支持 Remote NDIS (RNDIS)
- 支持 USB Bluetooth (支持 nimble and zephyr bluetooth 协议栈，支持 CLASS: 0xE0 或者厂家自定义类，类似于 cdc acm 功能)
- 支持 Vendor 类 class
- 支持 USB modeswitch
- 支持相同 USB IP 的多主机
同时，CherryUSB Host 协议栈还提供了 lsusb 的功能，借助 shell 插件可以查看所有挂载设备的信息，包括外部 hub 上的设备的信息。
CherryUSB Host 协议栈资源占用说明（GCC 10.2 with -O2）：
| file | FLASH (Byte) | No Cache RAM (Byte) | RAM (Byte) | Heap (Byte) |
|---|---|---|---|---|
| usbh_core.c | ~7700 | 512 + 8 * (1+x) *n | 28 | 0 |
| usbh_hub.c | ~5600 | 32 + 4* (1+x) | 12 + sizeof(struct usbh_hub) * (1+x) | 0 |
| usbh_cdc_acm.c | ~1200 | 7 | 4 + sizeof(struct usbh_cdc_acm) * x | 0 |
| usbh_msc.c | ~2500 | 32 | 4 + sizeof(struct usbh_msc) * x | 0 |
| usbh_hid.c | ~1000 | 128 | 4 + sizeof(struct usbh_hid) * x | 0 |
| usbh_video.c | ~3700 | 128 | 4 + sizeof(struct usbh_video) * x | 0 |
| usbh_audio.c | ~3100 | 128 | 4 + sizeof(struct usbh_audio) * x | 0 |
| usbh_rndis.c | ~3900 | 4096 + 2 * 2048 | sizeof(struct usbh_rndis) * 1 | 0 |
| usbh_cdc_ecm.c | ~2500 | 2 * 1514 | sizeof(struct usbh_cdc_ecm) * 1 | 0 |
| usbh_bluetooth.c | ~2300 | 2 * 2048(default) | sizeof(struct usbh_bluetooth) * 1 | 0 |
其中，sizeof(struct usbh_hub) 和 sizeof(struct usbh_hubport) 受以下宏影响：
#define CONFIG_USBHOST_MAX_EXTHUBS 1
#define CONFIG_USBHOST_MAX_EHPORTS 4
#define CONFIG_USBHOST_MAX_INTERFACES 8
#define CONFIG_USBHOST_MAX_INTF_ALTSETTINGS 8
#define CONFIG_USBHOST_MAX_ENDPOINTS 4
x 受以下宏影响：
#define CONFIG_USBHOST_MAX_CDC_ACM_CLASS 4
#define CONFIG_USBHOST_MAX_HID_CLASS 4
#define CONFIG_USBHOST_MAX_MSC_CLASS 2
#define CONFIG_USBHOST_MAX_AUDIO_CLASS 1
#define CONFIG_USBHOST_MAX_VIDEO_CLASS 1
USB IP 支持情况
仅列举标准 USB IP 和商业性 USB IP
| IP | device | host | Support status |
|---|---|---|---|
| OHCI(intel) | none | OHCI | × |
| EHCI(intel) | none | EHCI | √ |
| XHCI(intel) | none | XHCI | √ |
| UHCI(intel) | none | UHCI | × |
| DWC2(synopsys) | DWC2 | DWC2 | √ |
| MUSB(mentor) | MUSB | MUSB | √ |
| FOTG210(faraday) | FOTG210 | EHCI | √ |
| CDNS2(cadence) | CDNS2 | CDNS2 | √ |
| CDNS3(cadence) | CDNS3 | XHCI | × |
| DWC3(synopsys) | DWC3 | XHCI | × |
文档教程
CherryUSB 快速入门、USB 基本概念，API 手册，Class 基本概念和例程，参考 CherryUSB Documentation Tutorial
视频教程
- USB 基本知识点与 CherryUSB Device 协议栈是如何编写的（使用v0.4.1 版本），参考 https://www.bilibili.com/video/BV1Ef4y1t73d.
- CherryUSB 腾讯会议（使用v1.1.0 版本），参考 https://www.bilibili.com/video/BV16x421y7mM.
图形化界面配置工具
chryusb_configurator 采用 electron + vite2 + ts 框架编写，当前用于自动化生成描述符数组，后续会增加其他功能。
示例仓库
| Manufacturer | CHIP or Series | USB IP | Repo Url | Support version | Support status |
|---|---|---|---|---|---|
| Bouffalolab | BL702/BL616/BL808 | bouffalolab/ehci | bouffalo_sdk | <= latest | Long-term |
| ST | STM32F1x | fsdev | stm32_repo | <= latest | Long-term |
| ST | STM32F4/STM32H7 | dwc2 | stm32_repo | <= latest | Long-term |
| HPMicro | HPM6750 | hpm/ehci | hpm_sdk | <= latest | Long-term |
| Essemi | ES32F36xx | musb | es32f369_repo | <= latest | Long-term |
| Phytium | e2000 | pusb2/xhci | phytium_repo | v0.10.2 | Long-term |
| artinchip | d12x/d13x/d21x | aic/ehci/ohci | luban-lite | <= latest | Long-term |
| Espressif | esp32s2/esp32s3 | dwc2 | esp32_repo | <= latest | the same with ST |
| AllwinnerTech | F1C100S/F1C200S | musb | cherryusb_rtt_f1c100s | <= latest | the same with Essemi |
| WCH | CH32V307/ch58x | ch32_usbfs/ch32_usbhs/ch58x | wch_repo | <= v0.10.2 | TBD |
| Nordicsemi | Nrf52840 | nrf5x | nrf5x_repo | <= v0.10.2 | No more updated |
| Raspberry pi | rp2040 | rp2040 | pico-examples | <= v0.10.2 | No more updated |
Contact
CherryUSB QQ 群:642693751 CherryUSB 微信群：与我联系后邀请加入
支持企业
感谢以下企业支持（顺序不分先后）。
