USB 是 Universal Serial Bus 的缩写，中文通常叫通用串行总线。它是电脑、手机、工控机、单片机开发板和各种外设之间最常见的连接方式之一。
在嵌入式开发中，USB 常用于：
很多初学者第一次接触 USB 时会觉得它很复杂，因为 USB 不像普通 UART 那样“发字节、收字节”就结束了。USB 设备接入电脑后，电脑会先询问设备是什么、支持什么功能、需要多少电流、有哪些接口、有哪些端点，然后才开始真正传输数据。
这个“先自我介绍，再通信”的过程，就是 USB 学习的核心。
USB 通信中最重要的两个角色是：
USB 主机是整个 USB 总线的管理者。它负责供电、检测设备插入、发起通信、读取描述符、分配地址、配置设备、调度数据传输。
常见 USB 主机包括：
USB 通信中，绝大多数数据传输都是由主机主动发起的。即使设备想发送数据，也通常需要等主机来询问或调度。
USB 设备是被主机管理的外设。它连接到主机后，需要按照 USB 协议回答主机的问题。
常见 USB 设备包括：
STM32F103C8T6 使用 CherryUSB 做 CDC 虚拟串口时，STM32 就是 USB Device，电脑就是 USB Host。
很多人会把“端口”理解成电脑上的 USB 插孔，这在日常语言里没有问题。但在 USB 协议学习中，需要区分两种概念：
物理端口就是看得见摸得着的 USB 接口，例如电脑上的 USB-A、USB-C 插口，或者开发板上的 Micro USB、Type-C 接口。
它负责电气连接，常见信号包括：
对于 STM32F103C8T6 的 USB FS 设备：
USB 全速设备通常通过 D+ 上拉电阻告诉主机：“有一个全速 USB 设备接入了”。
USB 协议里更常说的是 Endpoint，中文叫端点。端点不是物理插口，而是设备内部用于数据传输的逻辑通道。
可以把 USB 设备想象成一栋办公楼：
电脑并不是随便往设备里写数据，而是往某个端点发送数据，或者从某个端点读取数据。
USB 有不同速度等级，常见如下：
| 速度等级 | 英文 | 速率 | 常见应用 |
|---|---|---|---|
| 低速 | Low Speed | 1.5 Mbps | 鼠标、键盘 |
| 全速 | Full Speed | 12 Mbps | CDC、HID、普通 MCU USB |
| 高速 | High Speed | 480 Mbps | U 盘、摄像头、网卡 |
| 超高速 | SuperSpeed | 5 Gbps 及以上 | 高速存储、扩展坞 |
STM32F103C8T6 内置的是 USB Full Speed Device 控制器，速率是 12 Mbps。它不能直接做 USB High Speed。
USB 全速设备必须有准确的 48 MHz USB 时钟。对于 STM32F103，常见配置是：
如果 USB 时钟不准，电脑可能出现无法识别、设备描述符请求失败、Code 43 等问题。
USB 设备插入电脑后，不能马上开始业务通信。主机会先执行一个过程，叫枚举 Enumeration。
枚举可以理解为主机对设备进行“身份调查”和“建档登记”。
典型枚举流程如下：
0。如果某一步失败，Windows 可能提示：
其中“请求 USB 设备描述符失败”通常说明设备在枚举最早期就没有正确返回 Device Descriptor。
描述符 Descriptor 是 USB 设备给主机看的“说明书”。主机通过描述符了解设备是什么、有哪些功能、如何通信。
USB 设备必须正确提供描述符，否则主机不知道该加载什么驱动，也不知道如何访问设备。
常见描述符包括：
设备描述符说明整个 USB 设备的基本身份。
它包含的信息通常有：
例如 CDC 虚拟串口设备会通过设备描述符告诉电脑：“我是一个 USB 设备，我的 VID/PID 是多少，我有一个配置。”
如果设备描述符返回失败，Windows 就可能报“请求 USB 设备描述符失败”。
一个 USB 设备可以有一个或多个配置。配置描述符说明某个配置下设备需要多少电流、包含多少接口。
配置描述符里常见字段包括：
普通 MCU USB 设备通常只有一个配置。
接口 Interface 表示设备的一个功能单元。
例如：
接口描述符告诉主机：
主机通常根据接口类别加载驱动。例如看到 HID 类，就加载 HID 驱动；看到 CDC ACM 类，就加载虚拟串口相关驱动。
端点描述符说明一个端点的传输方向、传输类型、最大包长和轮询间隔。
端点描述符常见字段包括：
端点地址中最高位表示方向：
0x01：端点 1 OUT，主机到设备0x81：端点 1 IN，设备到主机0x02：端点 2 OUT，主机到设备0x83：端点 3 IN，设备到主机注意：IN 和 OUT 是以主机为视角定义的。
这点对初学者很容易反。比如 0x81 是 IN 端点，意思是设备通过这个端点把数据发给主机。
字符串描述符用于显示人类可读的信息，例如：
例如在 Windows 设备管理器里看到的设备名称，可能就来自产品字符串。
在嵌入式 USB 协议栈中，字符串描述符通常需要以 UTF-16LE 格式返回。很多协议栈允许开发者写 ASCII 字符串，再自动转换成 USB 字符串描述符。
如果直接写 UTF-8 中文，而协议栈只按单字节 ASCII 转换，就可能显示乱码。
端点 0 是 USB 设备必须具备的默认控制端点。
它非常重要，因为枚举过程基本都依赖端点 0 完成。
端点 0 用于：
端点 0 是双向控制端点，既能 IN，也能 OUT。
如果端点 0 不能正常工作，USB 设备通常无法枚举成功。
USB 有四种基本传输类型：
控制传输主要用于设备管理和枚举，端点 0 默认使用控制传输。
典型用途：
控制传输可靠性高，有明确的请求、数据和状态阶段。
批量传输适合大量可靠数据传输，但不保证固定延时。
典型用途：
CDC ACM 虚拟串口的数据端点通常使用 Bulk 传输。
中断传输适合小数据量、低延迟、周期性查询的场景。
典型用途：
这里的“中断”不是 MCU 中断的意思，而是 USB 协议中的一种传输调度方式。
同步传输适合实时数据流，强调固定带宽和实时性，但错误重传能力较弱。
典型用途：
例如 USB 麦克风和摄像头通常会用到同步传输。
USB Class 是 USB 官方定义的一类标准设备功能。主机操作系统可以根据 Class 加载通用驱动。
常见 USB Class：
| 类名 | 作用 | 常见设备 |
|---|---|---|
| CDC | 通信设备类 | 虚拟串口、调制解调器 |
| HID | 人机接口设备类 | 键盘、鼠标、自定义 HID |
| MSC | 大容量存储类 | U 盘、读卡器 |
| DFU | 固件升级类 | USB 升级设备 |
| Audio | 音频类 | USB 声卡、麦克风 |
| Video | 视频类 | USB 摄像头 |
| RNDIS/ECM/NCM | USB 网络类 | USB 网卡 |
使用标准 Class 的好处是：电脑端通常已有驱动，开发者不需要自己写 Windows 驱动。
CDC ACM 虚拟串口是 MCU 项目最常见的 USB 应用。
一个 CDC ACM 设备通常包含：
CDC ACM 通常有两个接口：
通信控制接口用于处理串口参数，例如波特率、DTR、RTS 等。
数据接口用于真正收发串口数据。
CDC ACM 常见端点：
例如你的 STM32F103 CherryUSB 工程中：
0x83：CDC 通知 IN 端点0x02：CDC 数据 OUT 端点0x81：CDC 数据 IN 端点当电脑串口助手发送数据时，数据会通过 OUT 端点到达设备。
当 MCU 回传数据时，数据会通过 IN 端点发送给电脑。
USB 里的 IN 和 OUT 都是站在主机角度看的。
这是 USB 初学者最容易混淆的地方。
| 方向 | 主机视角 | 设备视角 |
|---|---|---|
| IN | 主机读取数据 | 设备发送数据 |
| OUT | 主机写出数据 | 设备接收数据 |
所以：
CDC_IN_EP 0x81 是设备发给电脑的数据通道CDC_OUT_EP 0x02 是电脑发给设备的数据通道USB 主机会向设备发送请求 Request。请求通过端点 0 控制传输完成。
请求大致分为：
标准请求是所有 USB 设备都需要支持的基础请求。
常见标准请求：
枚举过程主要依赖标准请求。
类请求和具体 USB Class 有关。
例如 CDC ACM 中常见类请求：
虽然 CDC 是虚拟串口，但 USB 传输本身并不真的依赖 UART 波特率。波特率更多是为了兼容传统串口软件的概念。
厂商自定义请求由开发者自己定义，适合实现特殊控制功能。
例如：
自定义请求灵活，但主机端也需要自己写对应程序。
VID 是 Vendor ID，厂商 ID。
PID 是 Product ID，产品 ID。
电脑通过 VID/PID 识别不同厂商和不同产品。
正式量产产品应使用合法申请的 VID/PID。学习、测试和内部开发阶段可以使用示例 VID/PID，但不要用于商业量产。
如果多个不同设备使用相同 VID/PID 和相同序列号，Windows 可能会把它们当作同一个设备，导致驱动、COM 号或缓存状态混乱。
USB 接口通常提供 VBUS 5 V。设备可以从 USB 取电，也可以自供电。
描述符里会声明设备供电方式：
还会声明最大电流。例如配置描述符中写 100 mA，主机就认为设备最大从 USB 取 100 mA。
全速 USB 设备通过 D+ 上拉告诉主机设备接入。低速设备通过 D- 上拉告诉主机设备接入。
STM32F103 做 USB 全速设备时，关键硬件点是：
有些 STM32F103 开发板的 D+ 上拉电阻是固定接到 3.3 V 的。这样 MCU 软件复位时，电脑并不会看到 USB 设备真正断开。
结果是：
解决办法是软件模拟断开。
常见做法：
这个过程相当于让 Windows 感知一次“拔出再插入”。
USB 协议栈是帮开发者处理 USB 协议细节的软件模块。
以 CherryUSB 为例，它通常负责：
开发者通常只需要关心：
底层寄存器、端点状态、枚举细节由协议栈处理。
USB 全速设备需要 48 MHz。时钟错误会导致枚举失败。
PA11 是 D-，PA12 是 D+。接反后主机无法正常识别。
没有上拉，主机检测不到设备。固定上拉则可能导致复位后不能重新枚举。
配置描述符总长度、接口数量、端点数量不匹配，可能导致枚举失败或驱动加载异常。
代码里使用的端点地址必须和描述符里的端点地址一致。
USB 中断没有调用协议栈处理函数，设备无法响应主机请求。
例如同时调用 STM32 HAL PCD 和 CherryUSB，会导致 USB 寄存器状态冲突。
ASCII 通常安全。中文需要确保协议栈正确转换为 UTF-16LE。
对于 STM32 FSDEV，PMA 是 USB 专用包缓冲区。PMA 访问方式、端点缓冲区分配错误，会导致设备描述符或数据传输异常。
建议初学者按以下顺序学习：
对于 STM32F103 和 CherryUSB，最推荐从 CDC ACM 虚拟串口开始，因为它能同时覆盖：
USB 不是简单的串口线，而是一套由主机统一管理的分层通信协议。
设备接入后，先通过描述符告诉主机“我是谁、我有什么功能、你该怎么和我通信”，主机完成枚举和驱动加载后，双方才通过端点进行真正的数据传输。
如果能理解“主机、设备、枚举、描述符、接口、端点、传输类型”这几个核心概念，就已经掌握了 USB 协议入门最重要的骨架。
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