「ALIENTEK 阿波罗 STM32F767 开发板资料连载」第六十五章 USB 鼠标键盘(Host)实验

1）实验平台：alientek 阿波罗 STM32F767 开发板
2）摘自《STM32F7 开发指南(HAL 库版)》关注官方微信号公众号，获取更多资料：正点原子



第六十五章 USB 鼠标键盘(Host)实验
上一章我们向大家介绍了如何利用 STM32F767 的 USB HOST 接口来驱动 U 盘，本章，我
们将利用 STM32F767 的 USB HOST 来驱动 USB 鼠标/键盘。本章分为如下几个部分：
65.1 USB 鼠标键盘简介
65.2 硬件设计
65.3 软件设计
65.4 下载验证
65.1 USB 鼠标键盘简介
传统的鼠标和键盘是采用 PS/2 接口和电脑通信的，但是现在 PS/2 接口在电脑上逐渐消失，
所以现在越来越多的鼠标键盘采用的是 USB 接口，而不是 PS/2 接口的了。
USB 鼠标键盘属于 USB HID 设备。USB HID 即：Human Interface Device（人机交互设备）
的缩写，键盘、鼠标与游戏杆等都属于此类设备。不过 HID 设备并不一定要有人机接口，只要
符合 HID 类别规范的设备都是 HID 设备。关于 USB HID 的知识，我们这里就不详细介绍了，
请大家自行百度学习。
本章，我们同上一章一样，我们直接移植官方的 USB HID 例程，官方例程路径：光盘8，
STM32 参考资料STM32 USB 学习资料STM32_USB-Host-Device_Lib_V2.2.0Project
USB_Host_ExamplesHID，该例程支持 USB 鼠标和键盘等 USB HID 设备，本章我们将移植这
个例程到阿波罗 STM32 开发板上。
65.2 硬件设计
本节实验功能简介：开机的时候先显示一些提示信息，然后初始化 USB HOST，并不断轮
询。当检测到 USB 鼠标/键盘的插入后，显示设备类型，并显示设备输入数据，
如果是 USB 鼠标：将显示鼠标移动的坐标（X，Y 坐标），滚轮滚动数值（Z 坐标）以及
按键（左中右）。
如果是 USB 键盘：将显示键盘输入的数字/字母等内容（不是所有按键都支持，部分按键
没有做解码支持，比如 F1~F12）。
最后，还是用 DS0 提示程序正在运行。
所要用到的硬件资源如下：
1） 指示灯 DS0
2） 串口
3） LCD 模块
4） USB HOST 接口
这几个部分，在之前的实例中都已经介绍过了，我们在此就不多说了。这里再次提醒大家，
P10 的连接，要通过跳线帽连接 PA11 和 D-以及 PA12 和 D+。
65.3 软件设计
本章，我们在第二十章实验 （实验 15 LTDC LCD（RGB 屏）实验）的基础上修改，先打
开实验 15 的工程，在 HARDWARE 文件夹所在文件夹下新建一个 USB 的文件夹，对照官方
HID 例子，将相关文件拷贝到 USB 文件夹下。
然后，我们在工程里面添加 USB HID 相关代码，最终得到如图 65.3.1 所示的工程：



图 62.3.1 USB 鼠标键盘工程截图
注意：为了支持 STM32F7，USB OTG 库部分代码要做修改，详见 61.3 节的介绍（USB
HOST 实验只需要修改 u***_core.c 这一个文件就可以支持 STM32F7 了）。
可以看到，USB 部分代码，同上一章的在结构上是一模一样的，只是.c 文件稍微有些变化。
同样，我们移植需要修改的代码，就是 USB_APP 里面的这两个.c 文件了。
其中 u***_bsp.c 的代码，和之前的章节一模一样，可以用上一章的代码直接替换即可正常使
用。
u***h_usr.c 里面的代码，则有所变化，重点代码如下：
//下面两个函数,为 ALIENTEK 添加,以防止 USB 死机

//USB 枚举状态死机检测,防止 USB 枚举失败导致的死机

//phost:USB_HOST 结构体指针

//返回值:0,没有死机

// 1,死机了,外部必须重新启动 USB 连接.

u8 USBH_Check_EnumeDead(USBH_HOST *phost)

{

static u16 errcnt=0;
//这个状态,如果持续存在,则说明 USB 死机了.
if(phost->gState==HOST_CTRL_XFER&&(phost->EnumState==ENUM_IDLE||
phost->EnumState==ENUM_GET_FULL_DEV_DESC))
{
errcnt++;
if(errcnt>2000)//死机了
{
errcnt=0;
RCC->AHB2RSTR|=1<<7; //USB OTG FS 复位
delay_ms(5);
RCC->AHB2RSTR&=~(1<<7); //复位结束
return 1;
}
}else errcnt=0;
return 0;
}
//USB HID 通信死机检测,防止 USB 通信死机(暂时仅针对:DTERR,即 Data toggle error)
//pcore:USB_OTG_Core_dev_HANDLE 结构体指针
//phidm:HID_Machine_TypeDef 结构体指针
//返回值:0,没有死机
// 1,死机了,外部必须重新启动 USB 连接.
u8 USBH_Check_HIDCommDead(USB_OTG_CORE_HANDLE *pcore,
HID_Machine_TypeDef *phidm)
{
if(pcore->host.HC_Status[phidm->hc_num_in]==HC_DATATGLERR)//DTERR 错误
{
return 1;
}
return 0;
}
//USB 键盘鼠标数据处理
//鼠标初始化
void USR_MOUSE_Init(void)
{
USBH_Msg_Show(2); //USB 鼠标
USB_FIRST_PLUGIN_FLAG=1;//标记第一次插入
}
//键盘初始化
void USR_KEYBRD_Init(void)
{
USBH_Msg_Show(1); //USB 键盘
USB_FIRST_PLUGIN_FLAG=1;//标记第一次插入
}
//临时数组,用于存放鼠标坐标/键盘输入内容(4.3 屏,最大可以输入 2016 字节)
__align(4) u8 tbuf[2017];
//USB 鼠标数据处理
//data:USB 鼠标数据结构体指针
void USR_MOUSE_ProcessData(HID_MOUSE_Data_TypeDef *data)
{
static signed short x,y,z;
if(USB_FIRST_PLUGIN_FLAG)//第一次插入,将数据清零
{
USB_FIRST_PLUGIN_FLAG=0;
x=y=z=0;
}
x+=(signed char)data->x;
if(x>9999)x=9999;
if(x<-9999)x=-9999;
y+=(signed char)data->y;
if(y>9999)y=9999;
if(y<-9999)y=-9999;
z+=(signed char)data->z;
if(z>9999)z=9999;
if(z<-9999)z=-9999;
POINT_COLOR=BLUE;
sprintf((char*)tbuf,"BUTTON:");
if(data->button&0X01)strcat((char*)tbuf,"LEFT");
if((data->button&0X03)==0X02)strcat((char*)tbuf,"RIGHT");
else if((data->button&0X03)==0X03)strcat((char*)tbuf,"+RIGHT");
if((data->button&0X07)==0X04)strcat((char*)tbuf,"MID");
else if((data->button&0X07)>0X04)strcat((char*)tbuf,"+MID");
LCD_Fill(30+56,180,lcddev.width,180+16,WHITE);
LCD_ShowString(30,180,210,16,16,tbuf);
sprintf((char*)tbuf,"X POS:%05d",x); LCD_ShowString(30,200,200,16,16,tbuf);
sprintf((char*)tbuf,"Y POS:%05d",y); LCD_ShowString(30,220,200,16,16,tbuf);
sprintf((char*)tbuf,"Z POS:%05d",z); LCD_ShowString(30,240,200,16,16,tbuf);
}
//USB 键盘数据处理
//data:USB 键盘数据结构体指针
void USR_KEYBRD_ProcessData (uint8_t data)
{
static u16 pos;
static u16 endx,endy;
static u16 maxinputchar;
u8 buf[4];
  if(USB_FIRST_PLUGIN_FLAG)//第一次插入,将数据清零
{
USB_FIRST_PLUGIN_FLAG=0;
endx=((lcddev.width-30)/8)*8+30; //得到 endx 值
endy=((lcddev.height-220)/16)*16+220; //得到 endy 值
maxinputchar=((lcddev.width-30)/8);
maxinputchar*=(lcddev.height-220)/16;//当前 LCD 最大可以显示的字符数.
pos=0;
}
POINT_COLOR=BLUE;
sprintf((char*)buf,"%02X",data);
LCD_ShowString(30+56,180,200,16,16,buf);//显示键值
if(data>=' '&&data<='~')
{
tbuf[pos++]=data;
tbuf[pos]=0; //添加结束符.
if(pos>maxinputchar)pos=maxinputchar;//最大输入这么多
}else if(data==0X0D) //退格键
{
if(pos)pos--;
tbuf[pos]=0; //添加结束符.
}
if(pos<=maxinputchar) //没有超过显示区
{
LCD_Fill(30,220,endx,endy,WHITE);
LCD_ShowString(30,220,endx-30,endy-220,16,tbuf);
}
}ST 官方的 USB HID 例程，仅仅是能用，很多地方还要改善，比如识别率低，容易死机（枚
举/通信都可能死机）等问题，这里：USBH_Check_EnumeDead 和 USBH_Check_HIDCommDead
这两个函数，就是我们针对官方 HID 例程现有 bug 做出的改进处理，通过这两个函数，可以检
测枚举/通信是否正常，当出现异常时，直接重启 USB 内核，重新连接设备，这样可以防止死
机造成的程序无响应情况。
另外，为了提高对鼠标键盘的识别率和兼容性，对 u***h_hid_core.c 里面的两处代码进行了
修改：
1，USBH_HID_ClassRequest 函数，修改代码（394 行）为：
classReqStatus = USBH_Set_Idle (pdev, pphost, 100, 0);//这里 duration 官方设置的是 0,修改为
//100,提高兼容性
2，USBH_Set_Idle 函数，修改代码（542 行）为：
phost->Control.setup.b.wLength.w = 100; //官方的这里设置的是 0,导致部分鼠标无法识别,
//这里修改为 100 以后,识别率明显提高.
以上两处地方，官方默认值都是设置的 0，我们修改为 100 后，可以明显提高 USB 鼠标/
键盘的识别率，兼容性好很多。
还有，在 u***h_hid_keybd.h 里面，要修改键盘类型的定义，改为：
#define QWERTY_KEYBOARD
//通用键盘
//#define AZERTY_KEYBOARD
//法国版键盘
ST 官方例程，是使用的法国版键盘，一般我们国内用的是通用键盘，所以，需要换一个宏
定义（换成：QWERTY_KEYBOARD）。
最后，在 u***h_hid_mouse.c 里面，MOUSE_Decode 函数用于鼠标数据解析，但是 ST 官方
例程仅对 4 字节鼠标数据做了解析，而忽略了 5 字节/6 字节鼠标数据的处理，所以，需要修改
该函数为：
extern HID_Machine_TypeDef HID_Machine;
static void MOUSE_Decode(uint8_t *data)
{
if(HID_Machine.length==5||HID_Machine.length==6||HID_Machine.length==8)
//5/6/8 字节长度的 USB 鼠标数据处理
{
HID_MOUSE_Data.button = data[0];
HID_MOUSE_Data.x = data[1];
HID_MOUSE_Data.y = data[3]<<4|data[2]>>4;
HID_MOUSE_Data.z = data[4];
}else if(HID_Machine.length==4) //4 字节长度的 USB 鼠标数据处理
{
HID_MOUSE_Data.button = data[0];
HID_MOUSE_Data.x = data[1];
HID_MOUSE_Data.y = data[2];
HID_MOUSE_Data.z = data[3];
}
USR_MOUSE_ProcessData(&HID_MOUSE_Data);
}
再回到 u***h_usr.c，USR_MOUSE_Init 和 USR_MOUSE_ProcessData 用于处理鼠标数据，这
两个函数在 u***h_hid_mouse.c 里面被调用，USR_MOUSE_Init 在鼠标初始化的时候被调用，而
USR_MOUSE_ProcessData 函数，则在鼠标初始化成功，轮询数据的时候调用，处理鼠标数据，
该函数将得到的鼠标数据显示在 LCD 上面。
同样，USR_KEYBRD_Init 和 USR_KEYBRD_ProcessData 用于处理键盘数据，这两个函数
在 u***h_hid_keybd.c 里面被调用，USR_KEYBRD_Init 在键盘初始化的时候被调用，而
USR_KEYBRD_ProcessData 函数，则在键盘初始化成功，轮询数据的时候调用，处理键盘数据，
该函数将键盘输入的字符显示在 LCD 上面。
其他代码，我们就不再介绍了，请大家参考开发板光盘本例程源码。
最后，来看看 main.c 里面的代码，如下：
USBH_HOST USB_Host;

USB_OTG_CORE_HANDLE USB_OTG_Core_dev;

extern HID_Machine_TypeDef HID_Machine;

//USB 信息显示

//msgx:0,USB 无连接

// 1,USB 键盘
// 2,USB 鼠标
// 3,不支持的 USB 设备
void USBH_Msg_Show(u8 msgx)
{
POINT_COLOR=RED;
switch(msgx)
{
case 0: //USB 无连接
LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"USB Connecting...");
LCD_Fill(0,150,lcddev.width,lcddev.height,WHITE);
break;
case 1: //USB 键盘
LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"USB Connected ");
LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"USB KeyBoard");
LCD_ShowString(30,180,210,16,16,"KEYVAL:");
LCD_ShowString(30,200,210,16,16,"INPUT STRING:");
break;
case 2: //USB 鼠标
LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"USB Connected ");
LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"USB Mouse");
LCD_ShowString(30,180,210,16,16,"BUTTON:");
LCD_ShowString(30,200,210,16,16,"X POS:");
LCD_ShowString(30,220,210,16,16,"Y POS:");
LCD_ShowString(30,240,210,16,16,"Z POS:");
break;
case 3: //不支持的 USB 设备
LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"USB Connected ");
LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"Unknow Device");
break;
}
}
//HID 重新连接
void USBH_HID_Reconnect(void)
{
//关闭之前的连接
USBH_DeInit(&USB_OTG_Core_dev,&USB_Host); //复位 USB HOST
USB_OTG_StopHost(&USB_OTG_Core_dev); //停止 USBhost
if(USB_Host.usr_cb->DeviceDisconnected) //存在,才禁止
{
USB_Host.usr_cb->DeviceDisconnected(); //关闭 USB 连接
USBH_DeInit(&USB_OTG_Core_dev, &USB_Host);
USB_Host.usr_cb->DeInit();
  USB_Host.class_cb->DeInit(&USB_OTG_Core_dev,&USB_Host.device_prop);
}
USB_OTG_DisableGlobalInt(&USB_OTG_Core_dev);//关闭所有中断
//重新复位 USB
__HAL_RCC_USB_OTG_FS_FORCE_RESET();//USB OTG FS 复位
delay_ms(5);
__HAL_RCC_USB_OTG_FS_RELEASE_RESET();//复位结束
memset(&USB_OTG_Core_dev,0,sizeof(USB_OTG_CORE_HANDLE));
memset(&USB_Host,0,sizeof(USB_Host));
//重新连接 USB HID 设备
USBH_Init(&USB_OTG_Core_dev,USB_OTG_FS_CORE_ID,&USB_Host,
&HID_cb,&USR_Callbacks);
}
int main(void)
{
u8 t;

Cache_Enable(); //打开 L1-Cache
HAL_Init(); //初始化 HAL 库
Stm32_Clock_Init(432,25,2,9); //设置时钟,216Mhz
delay_init(216); //延时初始化
uart_init(115200); //串口初始化
LED_Init(); //初始化 LED
KEY_Init(); //初始化按键
SDRAM_Init(); //初始化 SDRAM
LCD_Init(); //初始化 LCD
W25QXX_Init(); //初始化 W25Q256
PCF8574_Init(); //初始化 PCF8574
POINT_COLOR=RED;
LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Apollo STM32F4/F7");
LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"USB MOUSE/KEYBOARD TEST");
LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");
LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2016/8/11");
LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"USB Connecting...");
//初始化 USB 主机
USBH_Init(&USB_OTG_Core_dev,USB_OTG_FS_CORE_ID,
&USB_Host,&HID_cb,&USR_Callbacks);
while(1)
{
USBH_Process(&USB_OTG_Core_dev, &USB_Host);
if(bDeviceState==1)//连接建立了
{int main(void)
{
u8 t;
Cache_Enable(); //打开 L1-Cache
HAL_Init();
//初始化 HAL 库
Stm32_Clock_Init(432,25,2,9); //设置时钟,216Mhz
delay_init(216); //延时初始化
uart_init(115200);
//串口初始化
LED_Init(); //初始化 LED
KEY_Init(); //初始化按键
SDRAM_Init();
//初始化 SDRAM
LCD_Init(); //初始化 LCD
W25QXX_Init();
//初始化 W25Q256
PCF8574_Init();
//初始化 PCF8574
POINT_COLOR=RED;
LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Apollo STM32F4/F7");
LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"USB MOUSE/KEYBOARD TEST");
LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");
LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2016/8/11");
LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"USB Connecting...");
//初始化 USB 主机
USBH_Init(&USB_OTG_Core_dev,USB_OTG_FS_CORE_ID,
&USB_Host,&HID_cb,&USR_Callbacks);
while(1)
{
USBH_Process(&USB_OTG_Core_dev, &USB_Host);
if(bDeviceState==1)//连接建立了
{
if(USBH_Check_HIDCommDead(&USB_OTG_Core_dev,&HID_Machine))
//检测 USB HID 通信,是否还正常?
{
USBH_HID_Reconnect();//重连
}
}else
//连接未建立的时候,检测
{
if(USBH_Check_EnumeDead(&USB_Host))
//检测 USB HOST 枚举是否死机了?死机了,则重新初始化
{
USBH_HID_Reconnect();//重连
}
}
t++;
if(t==200000)
{
LED0_Toggle;
t=0;
}
}
}
这里总共三个函数：USBH_Msg_Show 用于显示一些提示信息，在 u***h_usr.c 里面被相关函数
调用。USBH_HID_Reconnect 则用于 USB HID 重新连接，当发现枚举/通信死机的时候，调用
该函数实现 USB 复位重启，以重新连接；最后，main 函数就比较简单了，处理方式和上一章
几乎一样，只是多了一些通信死机处理。
软件设计部分就为大家介绍到这里。
65.4 下载验证
在代码编译成功之后，我们下载到阿波罗 STM32 开发板上，然后在 USB_HOST 端子插入
USB 鼠标/键盘，注意：此时 USB SLAVE 口不要插 USB 线到电脑，否则会干扰！！
等 USB 鼠标/键盘成功识别后，便可以看到 LCD 显示 USB Connected，并显示设备类型：
USB Mouse 或者 USB KeyBoard，同时也会显示输入的数据，如图 65.4.1 和图 65.4.2 所示：


图 65.4.1 USB 鼠标测试



图 65.4.2 USB 键盘测试
其中，图 65.4.1 是 USB 鼠标测试界面，图 65.4.2 是 USB 键盘测试界面。
最后，特别提醒大家，由于例程的 HID 内核，只处理了第一个接口描述符，所以对于 USB
符合设备，只能识别第一个描述符所代表的设备。体现到实际使用中，就是：USB 无线鼠标，
一般是无法使用（被识别为键盘），而 USB 无线键盘，可以使用，因为键盘在第一个描述符，
鼠标在第二个描述符。
如果想支持 USB 无线鼠标，可以通过修改 u***h_hid_core.c 里面的 USBH_HID_InterfaceInit
函数来支持