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10. 使用“靈活配置軟件包”通過(guò)

USB端口發(fā)送數(shù)據(jù)

您將在本章中學(xué)到以下內(nèi)容：

• 如何使用RA產(chǎn)品家族微控制器的“靈活配置軟件包”的中間件來(lái)設(shè)置USB傳輸。

• 如何在主機(jī)工作站上接收MCU發(fā)送的數(shù)據(jù)。

在本部分，我們將使用瑞薩RA產(chǎn)品家族微控制器的“靈活配置軟件包”（FSP）的USB中間件，在每次按下用戶(hù)按鈕S1時(shí)，將LED2的當(dāng)前狀態(tài)作為文本字符串通過(guò)USB端口發(fā)送到Windows工作站。與第9章不同的是，我們?cè)诖藢?shí)驗(yàn)中不使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和信號(hào)量，而使用全局變量來(lái)指示按鈕開(kāi)關(guān)已激活和綠色LED2的狀態(tài)已更改。

LED狀態(tài)（ON或OFF）更新、USB端口的寫(xiě)操作，以及保存按鈕按下時(shí)的信息的全局變量更新將在IRQ10的回調(diào)例程中完成。端口的寫(xiě)操作將觸發(fā)USB傳輸，將LED的相關(guān)信息發(fā)送給主機(jī)。返回到hal_entry()函數(shù)內(nèi)部的無(wú)限循環(huán)后，將處理USB事件，并通過(guò)將全局變量設(shè)置為“false”和將下一個(gè)字符串及下一個(gè)LED電平分配給各自的變量來(lái)準(zhǔn)備LED狀態(tài)的下次更新。圖10-1詳細(xì)描繪了該程序的流程和中斷回調(diào)函數(shù)的流程。

該端口的大部分設(shè)置將在FSP配置器的圖形界面中完成，應(yīng)用程序程序員只需完成極少的編程工作。在執(zhí)行該練習(xí)中的編程任務(wù)時(shí)，可再次體驗(yàn)到FSP給用戶(hù)提供的便利，即便在構(gòu)建如USB之類(lèi)的復(fù)雜通信系統(tǒng)時(shí)也非常方便。

圖10-1：本章練習(xí)的流程圖

本章目錄

1. 使用FSP配置器設(shè)置USB端口

2. 創(chuàng)建代碼

3. 在主機(jī)端設(shè)置接收器

10.1 使用FSP配置器設(shè)置USB端口

如果在完成上次練習(xí)后已關(guān)閉e² studio，請(qǐng)?jiān)俅未蜷_(kāi)并創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目。到目前為止您應(yīng)該已經(jīng)掌握了RA的相關(guān)知識(shí)，這里將不再贅述每個(gè)步驟，因?yàn)榇蟛糠中枰獔?zhí)行的任務(wù)在之前的實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)做過(guò)介紹。將新項(xiàng)目命名為MyUSBProject，在進(jìn)入“Device and Tools Selection”（器件和工具選擇）屏幕后，選擇EK-RA6M4作為電路板，我們將再次使用該評(píng)估板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在“Project Type Selection”（項(xiàng)目類(lèi)型選擇）頁(yè)面，確保“Flat (Non-TrustZone) Project”（簡(jiǎn)單（非TrustZone）項(xiàng)目）處于啟用狀態(tài)，并確保“RTOS Selection”（RTOS選擇）下的“No RTOS”（無(wú)RTOS）條目已激活。最后，在“Project Template Selection”（項(xiàng)目模板選擇）頁(yè)面上選擇“Bare Metal – Minimal”（裸機(jī) – 最小化），然后單擊“Finish”（完成）。

在項(xiàng)目配置器已創(chuàng)建項(xiàng)目并顯示FSP配置器后，直接轉(zhuǎn)到“Stacks”（堆）選項(xiàng)卡。首先，我們需要添加用于連接到用戶(hù)按鈕S1的外部中斷的模塊。在“HAL/Common Stacks”（HAL/通用堆棧）窗格上，單擊“New Stack”（新堆），然后選擇“Driver→Input →External IRQ Driver on r_icu”（驅(qū)動(dòng)程序 → 輸入 → r_icu 上的外部IRQ驅(qū)動(dòng)程序）。

圖10-2：首先添加S1中斷的驅(qū)動(dòng)程序

在“Properties”（屬性）視圖中，將中斷的“Name”（名稱(chēng)）修改為g_external_irq10，將它的“Channel”（通道）修改為10，以作為中斷使用的通道。啟用“Digital Filtering”（數(shù)字濾波）并將“Trigger”（觸發(fā)器）設(shè)置為“Falling”（下降）。這有助于消除開(kāi)關(guān)的抖動(dòng)。最后，需要提供用于該中斷的回調(diào)函數(shù)的名稱(chēng)：將其命名為external_irq10_callback，并將“Priority”（優(yōu)先級(jí)）改為14，因?yàn)槲覀円_保USB中斷的優(yōu)先級(jí)高于按鈕（參見(jiàn)圖10-3）。

圖10-3：以上是IRQ10的必要設(shè)置

接下來(lái)，將USB外設(shè)通信設(shè)備類(lèi)（PCDC）的中間件添加到系統(tǒng)中：創(chuàng)建新堆棧，并選擇“Middleware→USB→USB PCDC driver on r_usb_pcdc”（中間件→USB→ r_usb_pcdc上的USB PCDC驅(qū)動(dòng)程序）（參見(jiàn)圖10-4）。

圖10-4：需要將USB外設(shè)通信設(shè)備類(lèi)驅(qū)動(dòng)程序的中間件添加到系統(tǒng)中

此操作將四個(gè)模塊添加到項(xiàng)目中：用于全速USB端口的實(shí)際PCDC驅(qū)動(dòng)程序（用于實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序級(jí)USB PCDC接口），以及r_usb_basic上的基本USB驅(qū)動(dòng)程序。堆中還顯示兩個(gè)具有粉紅色橫條的模塊。這些模塊用于添加可選的直接內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)控制器（DMAC）驅(qū)動(dòng)程序，以傳輸或接收數(shù)據(jù)。我們將使用USB寫(xiě)入API函數(shù)直接發(fā)送狀態(tài)消息，因此無(wú)需添加它們。關(guān)于模塊的其他色彩色條的含義，只需記住以下規(guī)則：灰色標(biāo)記僅可由一個(gè)其他模塊實(shí)例引用的模塊實(shí)例，藍(lán)色標(biāo)記可由多個(gè)其他模塊實(shí)例（甚至跨多個(gè)堆）引用的通用模塊實(shí)例。通過(guò)彩色條中的小三角形，可以展開(kāi)或折疊模塊樹(shù)。

將USB端口作為PCDC設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以將USB端口用作虛擬COM端口，從而簡(jiǎn)化主機(jī)端的接收器設(shè)置，因?yàn)樵谧?cè)到Windows后，便可通過(guò)終端應(yīng)用程序進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。這就是我們與評(píng)估板進(jìn)行對(duì)話(huà)的方式。

添加所有堆棧后，“Stacks”（堆）窗格的外觀如圖10-5所示：

圖10-5：添加USB驅(qū)動(dòng)程序后“堆”窗格的外觀

只需要對(duì)基本USB驅(qū)動(dòng)程序的“Properties”（屬性）做出兩處更改。突出顯示“g_basic0USBDriver on r_usb_basic”（r_usb_basic上的g_basic0 USB驅(qū)動(dòng)程序）模塊，并在“Properties”（屬性）視圖的“Common”（通用）下，將“Continuous Transfer Mode”（連續(xù)傳輸模式）從“Disabled”（已禁用）切換為“Enabled”（已啟用），將“DMA Support”（DMA支持）從“Enabled”（已啟用）切換為“Disabled”（已禁用）。記錄“g_basic0USBDriver on r_usb_basic”（r_usb_basic上的g_basic0 USB驅(qū)動(dòng)程序）部分的“USB Descriptor”（USB描述符）的名稱(chēng)：g_usb_descriptor。稍后將創(chuàng)建一個(gè)具有該名稱(chēng)的結(jié)構(gòu)，以描述系統(tǒng)USB的功能，因此應(yīng)記住這個(gè)名稱(chēng)。圖10-6顯示了修改后模塊的屬性。

圖10-6：進(jìn)行必要更改后的連續(xù)傳輸設(shè)置。記錄“USB Descriptor”（USB描述符）的名稱(chēng)

圖10-7顯示了在完成所有更改后“Stacks”（堆）選項(xiàng)卡的外觀：

圖10-7：完成所有增加內(nèi)容和修改后，“Stacks”（堆）選項(xiàng)卡的外觀

在“Stacks”（堆）選項(xiàng)卡中完成所有設(shè)置后，現(xiàn)在需要設(shè)置USB端口的正確操作模式。為此，請(qǐng)切換到“Pins”（引腳）選項(xiàng)卡，在“Pin Selection”（引腳選擇）窗格中，首先展開(kāi)“Peripherals”（外設(shè)）下拉列表，然后展開(kāi)“Connectivity: USB”（連接：USB）列表。在“Pin Configuration”（引腳配置）窗格中，將“Operation Mode”（操作模式）從“Custom”（自定義）修改為“Device”（器件），作為要使用的模式。注意，輸入/輸出引腳分配將相應(yīng)改變。

圖10-8：USB端口將使用器件模式，請(qǐng)進(jìn)行相應(yīng)更改

現(xiàn)在還差一步就完成了端口的設(shè)置。最后一步是啟用“USB clock (UCLK)”（USB時(shí)鐘 (UCLK)），用作全速（FS）USB模塊的工作時(shí)鐘，并將其設(shè)置為所需的48 MHz頻率。為此，激活“Clocks”（時(shí)鐘）選項(xiàng)卡，可通過(guò)該選項(xiàng)卡配置時(shí)鐘生成電路。首先啟用USB時(shí)鐘，方法為：將靠近窗格底部的UCLK從“Disabled”（已禁用）更改為“Enabled”（已啟用），并選擇PLL2作為源。接下來(lái)，啟用PLL2，它是USB模塊的專(zhuān)用PLL，并選擇高速片上振蕩器（HOCO）作為源。請(qǐng)注意，此時(shí)給定的UCLK頻率為40 MHz，并以紅色突出顯示，因?yàn)閁SB要求的頻率為48 MHz。將PLL2的乘數(shù)值更改為24，以便將PLL2的頻率更改為240 MHz。再使UCLK的除數(shù)5，此時(shí)UCLK的頻率已正確設(shè)置為48 MHz。這里，采用Arm Cortex-M33內(nèi)核的RA MCU系列凸顯了巨大的優(yōu)勢(shì)：微控制器上還有第二個(gè)PLL，可以將USB的時(shí)鐘頻率設(shè)置為48 MHz，同時(shí)以最高速度200MHz運(yùn)行MCU。

最后，將標(biāo)準(zhǔn)PLL的源從XTAL更改為HOCO。如果不確定要更改哪些字段，請(qǐng)參見(jiàn)圖10-9。

圖10-9：USB FS需要使用48 MHz的時(shí)鐘，因此需要相應(yīng)地更改時(shí)鐘生成電路。必要的更改已突出顯示

至此，已經(jīng)完成了必須在FSP配置器中進(jìn)行的設(shè)置。保存配置，然后單擊屏幕右上角的“Generate Project Content”（生成項(xiàng)目?jī)?nèi)容）按鈕，以提取文件并創(chuàng)建所需的設(shè)置。最后一步，再次切換到C/C++透視圖。