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CH32V USB 设备中断处理函数解析

Hugh 3 月前
# USB

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这段代码是 CH32V 系列微控制器的 USB 设备中断处理函数（USBD_IRQHandler），主要负责处理 USB 传输事件、设置请求和连接状态变化。以下是详细解析：

一、函数概述

  • ​功能​：处理 USB 设备端的各种中断事件，包括传输完成、设置包接收和连接状态变化。
  • ​核心逻辑​：
    1. 读取中断标志寄存器（INT_FG）判断中断类型。
    2. 根据不同中断类型执行相应处理：
      • 传输完成（USBHS_TRANSFER_FLAG）：处理 IN/OUT 端点数据传输。
      • 设置请求（USBHS_SETUP_FLAG）：处理控制端点的设置包。
      • 连接检测（USBHS_DETECT_FLAG）：处理 USB 连接 / 断开事件。

二、传输完成中断处理（USBHS_TRANSFER_FLAG）

1. 端点索引和令牌类型解析

ep_idx = (USBHS_DEVICE->INT_ST) & MASK_UIS_ENDP;
token = (((USBHS_DEVICE->INT_ST) & MASK_UIS_TOKEN) >> 4) & 0x03;
  • ep_idx：获取发生中断的端点索引（0-15）。
  • token：获取传输令牌类型（PID_IN/PID_OUT）。

2. IN 令牌处理（主机读取数据）

控制端点（EP0）

  • 处理控制传输的数据阶段：

    if (g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].xfer_len > g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].ep_mps) {
    // 数据未传输完，继续发送下一包
    g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].xfer_len -= g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].ep_mps;
    ep0_tx_data_toggle ^= 1;  // 切换数据Toggle位
} else {
    // 数据传输完成，处理状态阶段
    g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].actual_xfer_len += g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].xfer_len;
    g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].xfer_len = 0;
    ep0_tx_data_toggle = true;
}

  • 特殊处理：

    • ​地址设置​：若 g_ch32_usbhs_udc.dev_addr > 0，则设置新的设备地址（USB 枚举流程）。
    • ​状态阶段处理​：若为控制传输的状态阶段，重新配置 EP0 接收下一个设置包。
非控制端点（EP1-EPn）
  • 处理批量 / 中断 / 同步传输： 
    if (g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].xfer_len > g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].ep_mps) {
    // 更新缓冲区指针，准备发送下一包
    g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].xfer_buf += g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].ep_mps;
    epx_tx_data_toggle[ep_idx - 1] ^= 1;  // 切换Toggle位

    // 配置DMA和端点控制寄存器
    USB_SET_TX_LEN(ep_idx, write_count);
    USB_SET_TX_DMA(ep_idx, (uint32_t)g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].xfer_buf);
    USB_SET_TX_CTRL(ep_idx, tmp | USBHS_EP_T_RES_ACK);
} else {
    // 传输完成，触发回调
    g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].actual_xfer_len += g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].xfer_len;
    g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].xfer_len = 0;
    usbd_event_ep_in_complete_handler(ep_idx | 0x80, g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].actual_xfer_len);
}

3. OUT 令牌处理（主机发送数据）

控制端点（EP0）

  • 处理控制传输的接收数据：

    read_count = USBHS_DEVICE->RX_LEN;
g_ch32_usbhs_udc.out_ep[ep_idx].actual_xfer_len += read_count;
g_ch32_usbhs_udc.out_ep[ep_idx].xfer_len -= read_count;
usbd_event_ep_out_complete_handler(0x00, g_ch32_usbhs_udc.out_ep[ep_idx].actual_xfer_len);

  • 特殊处理：

    • 若接收长度为 0（状态阶段），重新配置 EP0 接收下一个设置包。
非控制端点（EP1-EPn）

  • 处理批量 / 中断 / 同步传输的接收：

    if (USBHS_DEVICE->INT_ST & USBHS_DEV_UIS_TOG_OK) {
    read_count = USBHS_DEVICE->RX_LEN;
    g_ch32_usbhs_udc.out_ep[ep_idx].xfer_buf += read_count;

    if ((read_count < g_ch32_usbhs_udc.out_ep[ep_idx].ep_mps) || (g_ch32_usbhs_udc.out_ep[ep_idx].xfer_len == 0)) {
        // 接收完成或不足一包，触发回调
        usbd_event_ep_out_complete_handler(ep_idx, g_ch32_usbhs_udc.out_ep[ep_idx].actual_xfer_len);
    } else {
        // 继续接收下一包
        USB_SET_RX_DMA(ep_idx, (uint32_t)g_ch32_usbhs_udc.out_ep[ep_idx].xfer_buf);
        USB_SET_RX_CTRL(ep_idx, USBHS_EP_R_RES_ACK);
    }
}

三、设置请求中断处理（USBHS_SETUP_FLAG）

usbd_event_ep0_setup_complete_handler((uint8_t *)&g_ch32_usbhs_udc.setup);
  • 当接收到设置包（SETUP 事务）时，触发回调函数处理 USB 请求（如获取描述符、设置地址等）。
  • 典型 USB 枚举流程的起点。

四、连接检测中断处理（USBHS_DETECT_FLAG）

USBHS_DEVICE->ENDP_CONFIG = USBHS_EP0_T_EN | USBHS_EP0_R_EN;
USBHS_DEVICE->UEP0_TX_LEN = 0;
USBHS_DEVICE->UEP0_TX_CTRL = USBHS_EP_T_RES_NAK;

  • 初始化 USB 端点配置：

    • 启用控制端点（EP0）的发送和接收。
    • 重置数据 Toggle 位（ep0_tx_data_toggle/ep0_rx_data_toggle）。

  • 初始化非控制端点（EP1-EPn）：

    • 禁用所有非控制端点（设置为 NAK 状态）。
    • 重置 Toggle 位数组（epx_tx_data_toggle）。

  • 触发复位回调：

    memset(&g_ch32_usbhs_udc, 0, sizeof(struct ch32_usbhs_udc));
usbd_event_reset_handler();
    • 清除 USB 设备控制结构体，触发复位事件回调。

五、关键机制

  1. ​Toggle 位管理​：
    • 通过 ep0_tx_data_toggle、ep0_rx_data_toggle 和 epx_tx_data_toggle 数组管理数据 Toggle 位，确保数据正确传输。
    • Toggle 位用于同步发送方和接收方的数据状态，防止重复或丢失数据。
  2. ​DMA 配置​：
    • 通过 USB_SET_TX_DMA 和 USB_SET_RX_DMA 配置端点的 DMA 缓冲区地址，实现高效数据传输。
  3. ​事件回调​：
    • 通过 usbd_event_xxx_handler 系列函数通知上层应用处理 USB 事件，如传输完成、设置请求等。

六、总结

该中断处理函数实现了 USB 设备端的核心功能：

  • ​端点管理​：控制数据在主机和设备间的双向传输。
  • ​枚举流程​：处理 USB 连接、地址设置和描述符获取。
  • ​错误处理​：通过 NAK 响应和 Toggle 位管理确保数据可靠性。
  • ​状态机设计​：遵循 USB 协议规范，实现控制传输的三个阶段（设置、数据、状态）。

通过这套机制，CH32V 微控制器能够作为 USB 设备与主机通信，支持各种 USB 类（如 CDC、HID、MSC 等）的实现。

void USBD_IRQHandler(void)
{
    uint32_t ep_idx, token, write_count, read_count;
    uint8_t intflag = 0;

    intflag = USBHS_DEVICE->INT_FG;

    if (intflag & USBHS_TRANSFER_FLAG) {
        ep_idx = (USBHS_DEVICE->INT_ST) & MASK_UIS_ENDP;
        token = (((USBHS_DEVICE->INT_ST) & MASK_UIS_TOKEN) >> 4) & 0x03;

        if (token == PID_IN) {
            if (ep_idx == 0x00) {
                if (g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].xfer_len > g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].ep_mps) {
                    g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].xfer_len -= g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].ep_mps;
                    g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].actual_xfer_len += g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].ep_mps;
                    ep0_tx_data_toggle ^= 1;
                } else {
                    g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].actual_xfer_len += g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].xfer_len;
                    g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].xfer_len = 0;
                    ep0_tx_data_toggle = true;
                }

                usbd_event_ep_in_complete_handler(ep_idx | 0x80, g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].actual_xfer_len);

                if (g_ch32_usbhs_udc.dev_addr > 0) {
                    USBHS_DEVICE->DEV_AD = g_ch32_usbhs_udc.dev_addr & 0xff;
                    g_ch32_usbhs_udc.dev_addr = 0;
                }

                if (g_ch32_usbhs_udc.setup.wLength && ((g_ch32_usbhs_udc.setup.bmRequestType & USB_REQUEST_DIR_MASK) == USB_REQUEST_DIR_OUT)) {
                    /* In status, start reading setup */
                    USBHS_DEVICE->UEP0_DMA = (uint32_t)&g_ch32_usbhs_udc.setup;
                    USBHS_DEVICE->UEP0_RX_CTRL = USBHS_EP_R_RES_ACK;
                    ep0_tx_data_toggle = true;

                } else if (g_ch32_usbhs_udc.setup.wLength == 0) {
                    /* In status, start reading setup */
                    USBHS_DEVICE->UEP0_DMA = (uint32_t)&g_ch32_usbhs_udc.setup;
                    USBHS_DEVICE->UEP0_RX_CTRL = USBHS_EP_R_RES_ACK;
                    ep0_tx_data_toggle = true;
                }
            } else {
                USB_SET_TX_CTRL(ep_idx, (USB_GET_TX_CTRL(ep_idx) & ~(USBHS_EP_T_RES_MASK | USBHS_EP_T_TOG_MASK)) | USBHS_EP_T_RES_NAK | USBHS_EP_T_TOG_0);

                if (g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].xfer_len > g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].ep_mps) {
                    g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].xfer_buf += g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].ep_mps;
                    g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].xfer_len -= g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].ep_mps;
                    g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].actual_xfer_len += g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].ep_mps;
                    epx_tx_data_toggle[ep_idx - 1] ^= 1;

                    write_count = MIN(g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].xfer_len, g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].ep_mps);
                    USB_SET_TX_LEN(ep_idx, write_count);
                    USB_SET_TX_DMA(ep_idx, (uint32_t)g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].xfer_buf);

                    uint32_t tmp = USB_GET_TX_CTRL(ep_idx);
                    tmp &= ~(USBHS_EP_T_RES_MASK | USBHS_EP_T_TOG_MASK);
                    tmp |= USBHS_EP_T_RES_ACK;
                    tmp |= (epx_tx_data_toggle[ep_idx - 1] ? USBHS_EP_T_TOG_1 : USBHS_EP_T_TOG_0);
                    USB_SET_TX_CTRL(ep_idx, tmp);
                } else {
                    g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].actual_xfer_len += g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].xfer_len;
                    g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].xfer_len = 0;
                    epx_tx_data_toggle[ep_idx - 1] ^= 1;
                    usbd_event_ep_in_complete_handler(ep_idx | 0x80, g_ch32_usbhs_udc.in_ep[ep_idx].actual_xfer_len);
                }
            }
        } else if (token == PID_OUT) {
            if (ep_idx == 0x00) {
                read_count = USBHS_DEVICE->RX_LEN;

                g_ch32_usbhs_udc.out_ep[ep_idx].actual_xfer_len += read_count;
                g_ch32_usbhs_udc.out_ep[ep_idx].xfer_len -= read_count;

                usbd_event_ep_out_complete_handler(0x00, g_ch32_usbhs_udc.out_ep[ep_idx].actual_xfer_len);

                if (read_count == 0) {
                    /* Out status, start reading setup */
                    USBHS_DEVICE->UEP0_DMA = (uint32_t)&g_ch32_usbhs_udc.setup;
                    USBHS_DEVICE->UEP0_RX_CTRL = USBHS_EP_R_RES_ACK;
                    ep0_rx_data_toggle = true;
                    ep0_tx_data_toggle = true;
                } else {
                    ep0_rx_data_toggle ^= 1;
                }
            } else {
                if (USBHS_DEVICE->INT_ST & USBHS_DEV_UIS_TOG_OK) {
                    USB_SET_RX_CTRL(ep_idx, (USB_GET_RX_CTRL(ep_idx) & ~USBHS_EP_R_RES_MASK) | USBHS_EP_R_RES_NAK);
                    read_count = USBHS_DEVICE->RX_LEN;

                    g_ch32_usbhs_udc.out_ep[ep_idx].xfer_buf += read_count;
                    g_ch32_usbhs_udc.out_ep[ep_idx].actual_xfer_len += read_count;
                    g_ch32_usbhs_udc.out_ep[ep_idx].xfer_len -= read_count;

                    if ((read_count < g_ch32_usbhs_udc.out_ep[ep_idx].ep_mps) || (g_ch32_usbhs_udc.out_ep[ep_idx].xfer_len == 0)) {
                        usbd_event_ep_out_complete_handler(ep_idx, g_ch32_usbhs_udc.out_ep[ep_idx].actual_xfer_len);
                    } else {
                        USB_SET_RX_DMA(ep_idx, (uint32_t)g_ch32_usbhs_udc.out_ep[ep_idx].xfer_buf);
                        USB_SET_RX_CTRL(ep_idx, (USB_GET_RX_CTRL(ep_idx) & ~USBHS_EP_R_RES_MASK) | USBHS_EP_R_RES_ACK);
                    }
                }
            }
        }
        USBHS_DEVICE->INT_FG = USBHS_TRANSFER_FLAG;
    } else if (intflag & USBHS_SETUP_FLAG) {
        usbd_event_ep0_setup_complete_handler((uint8_t *)&g_ch32_usbhs_udc.setup);
        USBHS_DEVICE->INT_FG = USBHS_SETUP_FLAG;
    } else if (intflag & USBHS_DETECT_FLAG) {
        USBHS_DEVICE->ENDP_CONFIG = USBHS_EP0_T_EN | USBHS_EP0_R_EN;

        USBHS_DEVICE->UEP0_TX_LEN = 0;
        USBHS_DEVICE->UEP0_TX_CTRL = USBHS_EP_T_RES_NAK;

        ep0_tx_data_toggle = true;
        ep0_rx_data_toggle = true;

        for (uint8_t ep_idx = 1; ep_idx < USB_NUM_BIDIR_ENDPOINTS; ep_idx++) {
            USB_SET_TX_LEN(ep_idx, 0);
            USB_SET_TX_CTRL(ep_idx, USBHS_EP_T_AUTOTOG | USBHS_EP_T_RES_NAK); // autotog does not work
            USB_SET_RX_CTRL(ep_idx, USBHS_EP_R_AUTOTOG | USBHS_EP_R_RES_NAK);
            epx_tx_data_toggle[ep_idx - 1] = false;
        }

        memset(&g_ch32_usbhs_udc, 0, sizeof(struct ch32_usbhs_udc));
        usbd_event_reset_handler();
        USBHS_DEVICE->UEP0_DMA = (uint32_t)&g_ch32_usbhs_udc.setup;
        USBHS_DEVICE->UEP0_RX_CTRL = USBHS_EP_R_RES_ACK;
        USBHS_DEVICE->INT_FG = USBHS_DETECT_FLAG;
    }
}

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