1. SETUP阶段

【标准请求】

a. GET_STATUS

b. CLEAR_FEATURE

c. SET_FEATURE

d. SET_ADDRESS

e. GET_DESCRIPTOR

f. SET_DESCRIPTOR

g. GET_CONFIGURATION

h. SET_CONFIGURATION

i. GET_INTERFACE

j. SET_INTERFACE

k. SYNCH_FRAME

2. DATA阶段

【Data In过程】

【Data Out过程】

3. STATUS过程

【Status In过程】

【Status Out过程】

实例

总结一下STM32F103的USB端点0的数据处理过程。一个请求过程可能包含三个过程。第一个阶段是SETUP阶段，主机发送SETUP数据；第二个阶段是可选的，主机和设备之间传输数据；第三个阶段，主机和设备之间传输状态，状态的方向和数据方向相反，如果没有数据（即没有第二阶段），状态的方向是从设备到主机。

更详细的内容可以参考USB规范第9章: https://usb.org/document-library/usb-20-specification

用一个变量gUsbDevState.state记录USB的状态，开始的时候USB的状态为USB_CTRL_IDLE。

1. SETUP阶段

HOST第一笔数据是SETUP数据，即告知Device接下来的数据要如何处理。从USB buffer中读入8字节数据获取Setup信息。获取到SETUP数据前把gUsbDevState.state设置为USB_CTRL_SETUP。

下面是这8个字节具体对应的含义。

#pragma pack (1)
typedef struct _stUSBReqInfo
{uint8_t bmRequestType;uint8_t bRequest;uint16_t wValue;uint16_t wIndex;uint16_t wLength;
}stUSBReqInfo;
#pragma pack ()

设备根据bmRequestType和bRequest解析执行USB命令。下图是获取设备描述符的SETUP数据：

bmRequestType：

Bit 7	Bit 6:5	Bit 4:0
表示后续数据包（必须是DATA0）的方向，0为OUT，1为IN	请求类型，0表示标准请求，1表示Class的请求，2表示厂商的请求，3是预留值	接收这个SETUP包的对象，0是设备，1是接口，2是端点，3是其他未知的，4-31是预留值。

bRequest、wValue、wIndex、wLength和具体的bmRequestType有关。bRequest一般表示请求类型，wValue一般表示传送参数给对象标明这是什么请求，wLength表示下一阶段发送数据的长度。

【标准请求】

USB2.0定义了如下的标准请求：

#define     GET_STATUS              0
#define     CLEAR_FEATURE           1
#define     SET_FEATURE             3
#define     SET_ADDRESS             5
#define     GET_DESCRIPTOR          6
#define     SET_DESCRIPTOR          7
#define     GET_CONFIGURATION       8
#define     SET_CONFIGURATION       9
#define     GET_INTERFACE           10
#define     SET_INTERFACE           11
#define     SYNCH_FRAME             12

a. GET_STATUS

返回选定接收者的状态。bmRequestType中的Bit 4:0指明接收对象。返回值是指定接收者的状态。

命令	bmRequestType	bRequest	wValue	wIndex	wLength	Data
Get_Status	10000000B 10000001B 10000010B	GET_STATUS	0	0（返回设备状态）接口号（对象是接口时）端点号（对象是端点时）	2	设备状态接口状态端点状态

GET_STATUS固定返回2个字节。

对象是设备时：返回设备的Remote Wakeup使能和设备是总线供电还是自供电。

uint8_t status[2] = {0, 0};
if((gUsbDevInfo.feature & (1 << 5)) > 0) //Remote Wakeup, 1: enabled, 0: disabled
{status[0] |= 0x02;
}
if((gUsbDevInfo.feature & (1 << 6)) > 0) //1:Bus-powered, 0: Self-powered
{status[0] |= 0x01;                  
}

对象是接口时：固定返回2字节0x00

端点：主要是返回端点是否为STALL状态。wIndex表示哪个端点和端点方向。

uint8_t ep = (gUsbReqInfo.wIndex & 0x7f);
uint32_t epStatus = usbGetEpStatus(ep);
if(gUsbReqInfo.wIndex & 0x80)
{if(epStatus == USB_EP_TX_STALL)status[0] |= 0x01;
}
else
{if(epStatus == USB_EP_RX_STALL)status[0] |= 0x01;
}

b. CLEAR_FEATURE

用来清除或禁止某个指定的属性（属性与具体的实现有关，值的具体定义应该与驱动有关）。该命令不会返回数据。

命令	bmRequestType	bRequest	wValue	wIndex	wLength	Data
Clear_Feature	00000000B 00000001B 00000010B	CLEAR_FEATURE	特性选择符(1表示设备，0表示端点）	0 接口号端点号	0	无

当对象是设备时：禁止Remote Wakeup

gUsbDevInfo.feature = (uint8_t)(~(1 << 5)); //Disable Remote Wakeup

当对象是端点时：清除对应端点的STALL状态。

if(gUsbReqInfo.wValue == ENDPOINT_HALT)
{uint8_t ep = gUsbReqInfo.wIndex & 0x7F;if((gUsbReqInfo.wIndex & 0x80) > 0){//IN EndpointusbSetEpStatus(ep, USB_EP_TX_VALID);}else{//OUT EndpointusbSetEpStatus(ep, USB_EP_RX_VALID);}
}

c. SET_FEATURE

用来设置或使能某个指定的属性（与CLEAR_FEATURE对应）。该命令不会返回数据。

命令	bmRequestType	bRequest	wValue	wIndex	wLength	Data
Set_Feature	00000000B 00000001B 00000010B	SET_FEATURE	特性选择符(1表示设备，0表示端点）	0 接口号端点号	0	无

这里wIndex是一直为0，如果不为0（同时bmRequestType为0），则表示TEST_MODE。这里不支持这种情况。具体可以参考USB2.0的规格书。

当对象是设备时：使能Remote Wakeup

gUsbDevInfo.feature |= (1 << 5); //Enable Remote Wakeup

当对象是端点时：设置对应端点为STALL状态。

uint8_t ep = gUsbReqInfo.wIndex & 0x7F;
if((gUsbReqInfo.wIndex & 0x80) > 0)
{//IN EndpointusbSetEpStatus(ep, USB_EP_TX_STALL);
}
else
{//OUT EndpointusbSetEpStatus(ep, USB_EP_RX_STALL);
}

d. SET_ADDRESS

设置设备的USB地址。

命令	bmRequestType	bRequest	wValue	wIndex	wLength	Data
SET_ADDRESS	00000000B	SET_ADDRESS	设备地址	0	0	无

这里不要直接设置新的地址，等状态传输（第三阶段结束）完后再设置新的地址。

e. GET_DESCRIPTOR

如果描述符存在，则此请求返回指定的描述符。

命令	bmRequestType	bRequest	wValue	wIndex	wLength	Data
Get_Descriptor	10000000B	GET_DESCRIPTOR	描述表种类(高字节）和索引（低字节）	0或语言标志	描述表长度	描述表

wValue描述表种类(高字节）和索引（低字节），

uint16_t type = gUsbReqInfo.wValue & 0xFF00;
uint16_t index = gUsbReqInfo.wValue & 0x00FF;

其中有7种标准描述符（USB2.0）：

#define DEVICE_DESC_TYPE                        0x0100
#define CONFIGURATION_DESC_TYPE                 0x0200
#define STRING_DESC_TYPE                        0x0300
#define INTERFACE_DESC_TYPE                     0x0400
#define ENDPOINT_DESC_TYPE                      0x0500
#define DEV_QUALIFIER_DESC_TYPE                 0x0600
#define SPEED_CONFIGURATION_DESC_TYPE           0x0700

其中DEV_QUALIFIER_DESC_TYPE和SPEED_CONFIGURATION_DESC_TYPE是USB2.0设备才有的描述符。

f. SET_DESCRIPTOR

此请求是可选的，可用于更新现有描述符或添加新描述符。

g. GET_CONFIGURATION

此请求返回当前设备配置值。

命令	bmRequestType	bRequest	wValue	wIndex	wLength	Data
Get_Configuration	10000000B	GET_CONFIGURATION	0	0	1	配置值

固定返回1字节配置值。

h. SET_CONFIGURATION

此请求设备配置值。

命令	bmRequestType	bRequest	wValue	wIndex	wLength	Data
Set_Configuration	00000000B	SET_CONFIGURATION	配置值（高字节为0，低字节表示要设置的配置值）	0	0	无

if (gUsbReqInfo.wValue <= usbDeviceDescriptor[USB_DEVICE_DESC_LEN - 1]&& (gUsbReqInfo.wIndex == 0)) /*call Back usb spec 2.0*/
{gUsbDevInfo.curConfig = gUsbReqInfo.wValue;if (gUsbDevInfo.curConfig != 0){gUsbDevState.state = USB_STATE_CONFIGURED;}
}

i. GET_INTERFACE

此请求返回指定接口的备用设置。某些USB设备的配置具有互斥设置的接口。此请求允许主机确定当前选定的备用设置。

命令	bmRequestType	bRequest	wValue	wIndex	wLength	Data
Get_Interface	10000001B	GET_INTERFACE	0	接口号	1	可选设置

j. SET_INTERFACE

此请求允许主机为指定的接口选择备用设置。如果设备只支持指定接口的默认设置，则可以在请求状态阶段返回STALL。

命令	bmRequestType	bRequest	wValue	wIndex	wLength	Data
Set_Interface	00000001B	SET_INTERFACE	可选设置	接口号	0	无

k. SYNCH_FRAME

此请求用于设置和报告端点的同步帧。

命令	bmRequestType	bRequest	wValue	wIndex	wLength	Data
Synch_Frame	10000010B	SYNCH_FRAME	0	端点号	2	帧号

其他Class和Vender的请求根据具体的应用另外处理。

switch(gUsbReqInfo.bmRequestType & USB_REQ_TYPE_MASK)
{case USB_REQ_TYPE_STANDARD:usbSetupStdReq();break;case USB_REQ_TYPE_CLASS:gUsbDataInfo.dataBuf = usbUsrClassReq();break;case USB_REQ_TYPE_VENDOR:gUsbDataInfo.dataBuf = usbUsrVenderReq();break;default:gUsbReqInfo.wLength = USB_UNSUPPORT;break;
}

2. DATA阶段

bmRequestType的bit7表示接下来数据的方向。如果方向是IN（例如Get Descripter的情况），STM32F103需要立刻发送数据给主机，即使数据长度为0也需要发送一个空包。如果是OUT，分2种情况，如果数据长度为0（例如Set Address的情况），则表示下一个阶段是STATUS IN，如果大于0（标准USB请求没有这个情况，虚拟串口里面的SET_LINE_CODING会是这种情况），STM32F103不是即时接收主机的数据，需要等下一次CTR中断判断进入OUT中断才读取接收缓冲中的数据。

if((gUsbReqInfo.bmRequestType & USB_REQ_DIR_MASK) == USB_REQ_DIR_IN)
{gUsbDevState.ctrlState = USB_CTRL_IN;
}
else
{gUsbDevState.ctrlState = USB_CTRL_DATA_OUT_WAIT;if(gUsbReqInfo.wLength == 0)gUsbDevState.ctrlState = USB_CTRL_STATUS_IN;
}

【Data In过程】

Data In是设备发送数据给主机的过程。USB通讯过程都是由主机发起的，主机会在SETUP阶段通知设备接下来的数据类型和长度，SETUP阶段把数据长度设置成3种情况：错误或不支持（-1）、0字节（即NO DATA的情况）、需要返回数据（即有DATA的情况）。

a. 错误或不支持的情况

如果SETUP数据有错误，这个阶段应该将端点设置为STALL状态通知主机发生错误。如果是SETUP中要求的数据类型不支持，则可以返回空包或者将端点设置为STALL状态？

if(gUsbReqInfo.wLength == USB_UNSUPPORT)
{usbSetEpStatus(USB_EP0, USB_EP_TX_STALL);gUsbDevState.ctrlState = USB_CTRL_IDLE;return;
}

b. NO DATA的情况

gUsbReqInfo.wLength有2种情况下回等于0，一种是主机发送的请求没有数据（例如Set Address），这种情况下SETUP阶段(gUsbReqInfo.bmRequestType & USB_REQ_DIR_MASK) == USB_REQ_DIR_OUT，所以此次IN的过程实际是USB_CTRL_STATUS_IN， USB协议要求设备要在50ms内完成这个阶段。另外一种情况是最后一笔数据正好是64字节，这时候需要多发一个空包。

if(gUsbReqInfo.wLength == 0)
{if(gUsbDevState.ctrlState == USB_CTRL_DATA_IN_LAST){usbWriteBuf(USB_EP0, 0, 0); //Send Empty PacketgUsbDevState.ctrlState = USB_CTRL_STATUS_OUT;}else{usbWriteBuf(USB_EP0, 0, 0); //Send Empty PacketgUsbDevState.ctrlState = USB_CTRL_IDLE;}return;
}

c. DATA的情况

STM32F103的端点0一次最大只能传输64字节，所以如果数据大于64字节，主机会发送多次Data In请求。当数据正好是64字节时，需要发送一个空包。

count = usbWriteBuf(USB_EP0, (uint8_t *)gUsbDataInfo.dataBuf + gUsbDataInfo.offset, gUsbReqInfo.wLength);
gUsbReqInfo.wLength -= count;
gUsbDataInfo.offset += count;
if(gUsbReqInfo.wLength == 0)
{if(count < EP0_MEM_SIZE)gUsbDevState.ctrlState = USB_CTRL_STATUS_OUT;else//count == EP0_MEM_SIZEgUsbDevState.ctrlState = USB_CTRL_DATA_IN_LAST_IDLE;
}
elsegUsbDevState.ctrlState = USB_CTRL_DATA_IN_WAIT;

【Data Out过程】

标准的EP0过程基本没有Out数据的过程。具体的Class则需要另外处理。

if(gUsbDevState.ctrlState == USB_CTRL_OUT)
{usbUsrOut0();
}

3. STATUS过程

【Status In过程】

Status In一般情况是只要发送一个空包即可，特殊情况是Set Address。Set Address在SETUP、DATA IN和STATUS IN都不会改变设备的USB地址，而是在Set Address通信结束后再设置地址。

if(gUsbDevState.ctrlState == USB_CTRL_STATUS_IN)
{if(gUsbDevState.state == USB_STATE_ADDRESS){usbWriteBuf(USB_EP0, 0, 0); //Send Empty PacketgUsbDevState.state = USB_STATE_ADDRESSED;}else if(gUsbDevInfo.address != 0) //SetAddress{Printf("Set Address:%d\r\n", gUsbDevInfo.address);usbSetAddress(gUsbAddress);gUsbDevInfo.address = 0;gUsbDevState.ctrlState = USB_CTRL_IDLE;}else{usbWriteBuf(USB_EP0, 0, 0); //Send Empty PacketgUsbDevState.ctrlState = USB_CTRL_IDLE;}
}

【Status Out过程】

Status Out只需要设置RX有效即可。

if(gUsbDevState.ctrlState == USB_CTRL_STATUS_OUT)
{usbSetEpStatus(USB_EP0, USB_EP_RX_VALID);gUsbDevState.ctrlState = USB_CTRL_IDLE;
}

实例

主机第一笔数据是要求设备提供设备描述符，这个通信过程包括Setup + Data In With Data + Status Out。

1. STM32F103产生一个Setup Out中断，从STM32F103的USB Buffer中读入8字节，即Setup数据

usbReadBuf(USB_EP0, (uint8_t *)(&gUsbReqInfo), sizeof(gUsbReqInfo));

其中gUsbReqInfo.bRequest == USB_GET_DESCRIPTOR，

(uint8_t)((gUsbReqInfo.wValue & 0xFF00) >> 8) == USB_DEVICE_DESCRIPTOR_TYPE

STM32F103需要返回数组usbDeviceDescriptor，长度固定为18字节。

2. State由USB_CTRL_SETUP转为USB_CTRL_IN，STM32F103随即发送18字节给主机。由于设备描述符长度小于64字节，所以一次发送完成，状态由USB_CTRL_IN改为USB_CTRL_STATUS_OUT，等待EP0 Out中断。

3. Out中断后设置Rx为Valid，并将State改为USB_CTRL_IDLE。

4. STM32F103产生一个IN中断表明数据已经接收到，即如果当前状态为USB_CTRL_IDLE，IN中断不需要做处理。

随后主机会设置USB地址（即Set Address），这个通信过程包括Setup + Data In With No Data + Status In + Set Address.

1. 设置USB地址成立条件gUsbReqInfo.bRequest == USB_SET_ADDRESS。

2. State由USB_CTRL_SETUP转为USB_CTRL_STATUS_IN，即发送一个空包结束Set Address通信过程。

3. STM32F103产生一个IN中断表明主机也确认OK，这里要将设备的地址改为新的地址。

主机会再次读入设备描述符确认地址是否设置成功，如果再次读入设备描述符不正确，则会再尝试写新的地址+读入设备描述符，失败则会停止枚举。如果是正确的，接下来就需要读入配置描述符。主机会读2次配置描述符，第一次固定读入9字节，获取全部配置描述符的长度，然后再读入全部的配置描述符。

第一读配置描述符数据：

第二次读入配置描述符：

1. gUsbReqInfo.bRequest == USB_GET_DESCRIPTOR， (uint8_t)((gUsbReqInfo.wValue & 0xFF00) >> 8) == USB_CONFIGURATION_DESCRIPTOR_TYPE, STM32F103返回数组usbDeviceConfigDescriptor，长度与具体应用有关。这里虚拟串口的配置描述符长度为67字节。

2. State由USB_CTRL_SETUP转为USB_CTRL_IN，STM32F103随即发送64字节给主机，由于还有3字节还没有发送，所以State还是USB_CTRL_IN，等待下一次的IN中断。

3. STM32F103产生一个IN中断继续发送剩下的3字节数据。然后状态由USB_CTRL_IN改为USB_CTRL_STATUS_OUT，等待EP0 Out中断。

4. Out中断后设置Rx为Valid，并将State改为USB_CTRL_IDLE。

5. STM32F103产生一个IN中断表示主机已经接收到数据，即如果当前状态为USB_CTRL_IDLE，IN中断不需要做处理。