现代音频设备中有很多知识产权。 我想研究创建一个与手机交互的算法设备（运行non-trivial算法的嵌入式设备）。 我发现创建一个Lightning设备比创建一个连接到Android手机的的USB设备要复杂的多，所以本文将采用USB设备的方式。

像ST这样的大型微控制器厂商都有带USB功能的产品线，并且提供一些例子和库来降低学习USB的难度。 自加入Jawbone以来，我一直在学习STM32微控制器，所以我会坚持使用STM32产品的ARM Cortex M4线。 我相信所有新的算法项目应该从一个具有浮点能力的平台开始。我特别喜欢STM32L4，因为它还是一个低功耗的微控制器。 我下载了L4产品线的STM32Cube FW示例和SDK，并且找到了一些STM32L476G评估板的USB设备应用程序FW示例 - 如HID_Standalone项目。

我已经有一个NUCLEO-L476RG开发板，控制器采用STM32L476RG，支持USB FS（全速：12 Mbps）。 我将要把这个开发板变成一个USB立体声输入和输出音频设备。 USB FS带宽限制将采样率限制为48 kHz（作为比较，CD采样率为44.1 kHz，高质量音频采样率为96 kHz或192 kHz）。 USB FS带宽远远大于低功率无线射频带宽（例如，对于BLE为〜1Mbps，对于NFMI为596Kbps）。

如何将NUCLEO-L476开发板变成USB设备

和昂贵的STM32L476G-EVAL评估板不同的是，NUCLEO开发板没有USB插座，以及分布在STM32L476G-EVAL板的DP / DM线上的漂亮的EMI / ESD滤波器。 不过至少所有的USB功能都被引出了，如下图所示。

●    D +和D-位于PA12和PA11。

●    在设备模式下，VBUS（PA9）可以连接到Vbus（5V）以检测Vbus（和片上电压比较器一起）或者连接到电池充电检测器。 这对于使用USB充电的电池供电的设备可能是有用的，但是我只是尝试制作一个完全由手机USB供电的USB设备。 当收发器处于活动状态时，PA9将被置为无效，因此可能能够驱动USB活动的某些指示。

●    微控制器可以在帧的开始处拉低SOF引脚（PA8） - 用于与外部芯片同步（在高性能应用中，如音频）。

●    U5V引脚是5V USB总线电压，当它连接到USB主机时为整个开发板提供电源，如在STM32L476G-eval板的原理图中所示，显示了USB总线VCC直接连接到U5V引脚。

   

USB收发器由单独的VDDUSB引脚（以下也称为VUSB）供电。 根据STM32L476数据手册：

VDDUSB = 3.0-3.6 V：USB收发器的外部独立电源。 VDDUSB电压电平与VDD电压无关。 复位后，VDDUSB提供的USB功能在逻辑和电气上隔离，因此不可用。 在使用USB OTG外设之前，一旦VDDUSB电源存在，必须通过设置PWR_CR2寄存器中的USV位以去除隔离。

重复一遍，VDDUSB是微控制器的专用引脚，大概为3.3V（不是直接连接USB端口的5V VBUS！）。 在Nucleo64开发板（LQFN64封装的NUCLEO开发板）上，VDDUSB通过焊接桥SB31与VDD短路，如下所示：

因此，如果我有一个电池供电的USB设备，我可以切断SB31并将VDDUSB连接到自己的USB接头。

但是如果想从USB为设备供电，我必须从VBUS产生VDD，就如在STM32L4参考手册USB on-the-go全速（OTG_FS）章的Synopsys推荐的一样。

现在，我将从开发电脑的USB总线通过板上的5 V至3V3 LDO向L476RG开发板供电，如下所示：

STM32CubeMX生成USB音频示例

ST的CubeMX是一个用于ST微控制器的图形化代码生成器。 在软件里面，我分配了引脚功能，并且自动配置了所需功能集的时钟。

除了低级代码（HAL、CMSIS）外，STM32CubeMX还可以（因为我为引脚PA11 / 12选择了USB功能）为几个USB类设备生成桩代码，您可以在CubMX的 配置选项卡视图的下拉列表中看到，如下所示：

我选择了音频设备类，并像这样配置项目设置：

为了了解生成了哪些文件，我在“Code Generator”选项卡中选择了“Copy only the necessary library files”、生成代码（menu --> Project --> Generate Code）以及生成代码的报告（在生成代码选项的正下方）。 CubeMX在与CubeMX项目相同的文件夹中输出文件，如下所示。

在审查报告时，我注意到一些明显的错误：

●     UART2

    ●     字长应为8，但目前设置为7。

    ●     波特率在CubeMX中不可选，如您所见:

●     USB

    ●     端点0最大数据包大小：64 B，但CubeMX没有提供此选项，您可以在这里看到。

    ●     VBUS感测：我已经禁用了（见上文），但报告说“启用”

    ●     “Enable internal IP DMA”已关闭，但CubeMX未提供此选项

    ●     低功耗、链路层电源管理：禁用

●     USB音频设备类中间件

    ●     USBD_LPM_ENABLED：true，与设备的上述选择冲突

    ●     USBD_AUDIO_FREQ：22100，我需要它至少为44100 Hz！

    ●     VID为1155

    ●     PID为22336

    ●     PRODUCT_STRING为STM32_Audio_Class

    ●     CONFIGURATION_STRING：AUDIO配置

    ●     INTERFACE_STRING：AUDIO接口

●     NVIC

    ●     用于USART2的中断被禁用

    ●     USB OTG FS全局中断的优先级与系统相同，因为我在Configuration --> NVIC中未分配优先级，如下所示：

将生成的源代码导入GNU ARM Eclipse插件

该示例使用ST HAL库，这可能比我通常想要的能提供更多的帮助，但我现在只需要按照原来的样子。 这个例子有几个项目风格：IAR EWARM、Keil uVision、Atollic TrueStudio和SW4STM3。 我有一个uVision的免费版本，工程生成的很干净; 此外，由于.text + .data只有大约20 KB（<32 KB），我可以使用它进行调试！ 唯一的问题是uVision的代码浏览功能很不友好（与Eclipse CDT相比）。 我比较喜欢Eclipse CDT和GNU工具链，所以我决定在另一个文件夹中创建一个新的gnuarm Eclipse C项目，只导入生成的文件。 GNU ARM Eclipse插件不支持STM32L4，因此选择Cortex-M项目模板，如下图所示：

在下一个窗口中，C项目生成器向导将询问芯片/项目的具体设置，如下所示：

ROM和RAM大小被固定在芯片里，但系统时钟频率可以进行配置（甚至可以在CubeMX中以图形的方式），如下所示：

在项目文件夹对话框中，我选择默认值，包括“newlib”C运行库。 CMSIS名称应该与所选芯片系列匹配，如下所示：

在最后的窗口中，Eclipse CDT检测之前安装的GNU arm工具链（arm-none-eabi-gcc）：

然后GNU ARM Eclipse插件在选择的默认文件夹中生成代码，但是这些文件（下面突出显示）与CubeMX生成的源文件冲突，必须删除。

ldscripts / mem.ld的片内闪存地址的开始地址也有错误，所以我将其修改为正确的值（所有STM32Lxxx产品线都一样），如下所示：

1. MEMORY
   
2. {
   
3.   FLASH (rx) : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 1024K
   
4.   RAM (xrw) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 96K
   
5. }

复制代码

到目前为止，Eclipse项目缺少针对在CubeMX中选择的引脚的文件。 要在我的Eclipse项目上覆盖CubeMX生成的项目，从<CubeMX gen>/ Inc/文件夹复制头文件到include /文件夹。 当在Eclipse项目浏览器中拖放时，显示一个链接文件的选项，而不是复制，你可以在这里看到：

由于我可能会修改文件，我选择“Copy”，但如果我稍后更改开发板的配置，“Link”是一个很不错的选择。 总的来说，以下是从<CubeMX gen>复制到Eclipse项目文件夹的文件：

●    Inc/* --> include/

●    Src/* --> src/

●    Drivers/STM32L4xx_HAL_Driver/Inc/* --> system/include/stm32l4xx/

●    Drivers/STM32L4xx_HAL_Driver/Src/* --> system/src/stm32l4xx/

●    Drivers/CMSIS/Device/ST/STM32L4xx/Include/* --> system/include/cmsis/。 即使其中有相同命名的文件，我选择使用ST已经测试的CMSIS文件。

●    Drivers/CMSIS/Device/ST/STM32L4xx/Source/Templates/system_stm32l4xx.c --> system/src/cmsis/

●    Drivers/CMSIS/Device/ST/STM32L4xx/Source/Templates/gcc/startup_stm32l4xx.s --> system/src/cmsis/startup_stm32l4xx.S.  更改扩展名是必需的，因为Eclipse CDT支持的汇编文件扩展名为“.S”。

●    Middlewares/ST/STM32_USB_Device_Library/Core/Inc/* --> include

●    Middlewares/ST/STM32_USB_Device_Library/Core/Src/* --> src

●    Middlewares/ST/STM32_USB_Device_Library/Class/AUDIO/Inc/* --> include

●    Middlewares/ST/STM32_USB_Device_Library/Class/AUDIO/Src/* --> src

USB中间件文件是必需的，因为我想使用ST的USB中间件。 最初，我试图将文件夹Middlewares / ST / STM32_USB_Device_Library /复制到项目的根目录，但是GNU ARM Eclipse“Hello world”模板不会为我复制的STM32_USB_Device_Library文件夹生成构建规则。 最后我使用的是Makefile文件，通过将源代码单独复制到现有的include /和src /文件夹。

在项目属性 - > C / C ++ Build - > Settings，项目需要定义芯片定义以生成源代码，如下面所示。 在gcc预处理器提供了STM32L476xx（用于Debug和Release配置），但是没有为C ++预处理器提供（因为我在这个项目中不使用C ++）。

通过这些更改，项目构建完成（但有一些警告）。