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10. 使用“靈活配置軟件包”通過

USB端口發送數據

您將在本章中學到以下內容：

• 如何使用RA產品家族微控制器的“靈活配置軟件包”的中間件來設置USB傳輸。

• 如何在主機工作站上接收MCU發送的數據。

在本部分，我們將使用瑞薩RA產品家族微控制器的“靈活配置軟件包”（FSP）的USB中間件，在每次按下用戶按鈕S1時，將LED2的當前狀態作為文本字符串通過USB端口發送到Windows工作站。與第9章不同的是，我們在此實驗中不使用實時操作系統和信號量，而使用全局變量來指示按鈕開關已激活和綠色LED2的狀態已更改。

LED狀態（ON或OFF）更新、USB端口的寫操作，以及保存按鈕按下時的信息的全局變量更新將在IRQ10的回調例程中完成。端口的寫操作將觸發USB傳輸，將LED的相關信息發送給主機。返回到hal_entry()函數內部的無限循環后，將處理USB事件，并通過將全局變量設置為“false”和將下一個字符串及下一個LED電平分配給各自的變量來準備LED狀態的下次更新。圖10-1詳細描繪了該程序的流程和中斷回調函數的流程。

該端口的大部分設置將在FSP配置器的圖形界面中完成，應用程序程序員只需完成極少的編程工作。在執行該練習中的編程任務時，可再次體驗到FSP給用戶提供的便利，即便在構建如USB之類的復雜通信系統時也非常方便。

圖10-1：本章練習的流程圖

本章目錄

1. 使用FSP配置器設置USB端口

2. 創建代碼

3. 在主機端設置接收器

10.1 使用FSP配置器設置USB端口

如果在完成上次練習后已關閉e² studio，請再次打開并創建一個新項目。到目前為止您應該已經掌握了RA的相關知識，這里將不再贅述每個步驟，因為大部分需要執行的任務在之前的實驗中已經做過介紹。將新項目命名為MyUSBProject，在進入“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估板進行實驗。在“Project Type Selection”（項目類型選擇）頁面，確保“Flat (Non-TrustZone) Project”（簡單（非TrustZone）項目）處于啟用狀態，并確保“RTOS Selection”（RTOS選擇）下的“No RTOS”（無RTOS）條目已激活。最后，在“Project Template Selection”（項目模板選擇）頁面上選擇“Bare Metal – Minimal”（裸機 – 最小化），然后單擊“Finish”（完成）。

在項目配置器已創建項目并顯示FSP配置器后，直接轉到“Stacks”（堆）選項卡。首先，我們需要添加用于連接到用戶按鈕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”（驅動程序 → 輸入 → r_icu 上的外部IRQ驅動程序）。

圖10-2：首先添加S1中斷的驅動程序

在“Properties”（屬性）視圖中，將中斷的“Name”（名稱）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”（數字濾波）并將“Trigger”（觸發器）設置為“Falling”（下降）。這有助于消除開關的抖動。最后，需要提供用于該中斷的回調函數的名稱：將其命名為external_irq10_callback，并將“Priority”（優先級）改為14，因為我們要確保USB中斷的優先級高于按鈕（參見圖10-3）。

圖10-3：以上是IRQ10的必要設置

接下來，將USB外設通信設備類（PCDC）的中間件添加到系統中：創建新堆棧，并選擇“Middleware→USB→USB PCDC driver on r_usb_pcdc”（中間件→USB→ r_usb_pcdc上的USB PCDC驅動程序）（參見圖10-4）。

圖10-4：需要將USB外設通信設備類驅動程序的中間件添加到系統中

此操作將四個模塊添加到項目中：用于全速USB端口的實際PCDC驅動程序（用于實現應用程序級USB PCDC接口），以及r_usb_basic上的基本USB驅動程序。堆中還顯示兩個具有粉紅色橫條的模塊。這些模塊用于添加可選的直接內存訪問控制器（DMAC）驅動程序，以傳輸或接收數據。我們將使用USB寫入API函數直接發送狀態消息，因此無需添加它們。關于模塊的其他色彩色條的含義，只需記住以下規則：灰色標記僅可由一個其他模塊實例引用的模塊實例，藍色標記可由多個其他模塊實例（甚至跨多個堆）引用的通用模塊實例。通過彩色條中的小三角形，可以展開或折疊模塊樹。

將USB端口作為PCDC設備來實現，可以將USB端口用作虛擬COM端口，從而簡化主機端的接收器設置，因為在注冊到Windows后，便可通過終端應用程序進行數據通信。這就是我們與評估板進行對話的方式。

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驅動程序后“堆”窗格的外觀

只需要對基本USB驅動程序的“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驅動程序）模塊，并在“Properties”（屬性）視圖的“Common”（通用）下，將“Continuous Transfer Mode”（連續傳輸模式）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驅動程序）部分的“USB Descriptor”（USB描述符）的名稱：g_usb_descriptor。稍后將創建一個具有該名稱的結構，以描述系統USB的功能，因此應記住這個名稱。圖10-6顯示了修改后模塊的屬性。

圖10-6：進行必要更改后的連續傳輸設置。記錄“USB Descriptor”（USB描述符）的名稱

圖10-7顯示了在完成所有更改后“Stacks”（堆）選項卡的外觀：

圖10-7：完成所有增加內容和修改后，“Stacks”（堆）選項卡的外觀

在“Stacks”（堆）選項卡中完成所有設置后，現在需要設置USB端口的正確操作模式。為此，請切換到“Pins”（引腳）選項卡，在“Pin Selection”（引腳選擇）窗格中，首先展開“Peripherals”（外設）下拉列表，然后展開“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改變。

圖10-8：USB端口將使用器件模式，請進行相應更改

現在還差一步就完成了端口的設置。最后一步是啟用“USB clock (UCLK)”（USB時鐘 (UCLK)），用作全速（FS）USB模塊的工作時鐘，并將其設置為所需的48 MHz頻率。為此，激活“Clocks”（時鐘）選項卡，可通過該選項卡配置時鐘生成電路。首先啟用USB時鐘，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，啟用PLL2，它是USB模塊的專用PLL，并選擇高速片上振蕩器（HOCO）作為源。請注意，此時給定的UCLK頻率為40 MHz，并以紅色突出顯示，因為USB要求的頻率為48 MHz。將PLL2的乘數值更改為24，以便將PLL2的頻率更改為240 MHz。再使UCLK的除數5，此時UCLK的頻率已正確設置為48 MHz。這里，采用Arm Cortex-M33內核的RA MCU系列凸顯了巨大的優勢：微控制器上還有第二個PLL，可以將USB的時鐘頻率設置為48 MHz，同時以最高速度200MHz運行MCU。

最后，將標準PLL的源從XTAL更改為HOCO。如果不確定要更改哪些字段，請參見圖10-9。

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

至此，已經完成了必須在FSP配置器中進行的設置。保存配置，然后單擊屏幕右上角的“Generate Project Content”（生成項目內容）按鈕，以提取文件并創建所需的設置。最后一步，再次切換到C/C++透視圖。