第3章　我們將要實現什么

在簡要介紹了USB設備的開發流程之后，我們將正式進入USB設備的開發階段。首先需要明確：要實現的USB設備是什么？它有哪些功能？具體怎么操作？這些屬于系統需求分析階段，因為只有清晰認識產品最終實現的功能，才能有的放矢地進行USB接口的芯片選型及后續軟硬件的開發工作。

我們要實現的USB設備包含4個發光二極管（Light Emitting Diode, LED）與8個輕觸按鍵（其中一個具有復位功能），它們的狀態可以通過主機進行控制或讀取，其硬件模塊的大體分布如圖3.1所示（不需要很精確，只為方便后續描述）。

該USB設備硬件的核心是一款基于ARM Cortex-M3內核的STM32F103C8T6單片機，其內置的USB控制器的外部信號線與A型母口連接（如果自行設計硬件模塊，只要有合適的連接線纜，那么使用圖1.8中的任意一種都可以），4個LED可以根據主機發送的數據切換亮滅狀態，主機也可以讀取7個按鍵的狀態（按鍵K8為復位）。由于設備消耗的電流比較小，所以決定直接使用USB主機提供的+5V電源供電。當我們將設計好的固件下載到單片機后，將USB設備通過USB線纜與主機連接后就可以進入工作狀態了。

對USB設備的控制是通過配套的應用程序完成的，最終的界面如圖3.2所示。

在默認情況下（USB設備未與主機連接時），“控制”與“讀取”按鈕均處于灰色禁用狀態，一旦使用USB線纜將主機與USB設備連接后，主機檢測到USB設備就會首先調整“控制”與“讀取”按鈕進入可用狀態，然后可以進行如下兩種操作。

（1）控制USB設備上LED的狀態。發光二極管組合框中有4個復選框，它們分別對應USB設備上相同位號的LED（高有效，即“勾選”表示LED處于點亮狀態，“未勾選”表示LED處于熄滅狀態）。當你單擊“控制”按鈕后，USB設備上的LED就會立刻進行相應的狀態轉換。

（2）讀取輕觸按鍵的狀態。輕觸按鍵組合框中也有4個復選框，它們分別對應USB設備上相同位號的按鍵（高有效，即“勾選”表示按鍵處于按下狀態，“未勾選”表示按鍵處于彈起狀態）。當你單擊“讀取”按鈕時，應用程序會根據按鍵（K1～K4）的狀態對復選框進行相應的狀態更改。

有些讀者可能想說：這個應用也太簡單了吧！設計一個方波信號發生器或模擬電壓測量之類的應用不是更好嗎？這里的回復是：沒有必要！因為我們已經提過：本書旨在詳盡闡述USB設備的開發思路及透徹理解USB 2.0規范。如果設計一些相對復雜的應用，就意味著必須對單片機中其他與USB控制器無關的模塊做過多闡述。例如，方波信號發生器功能需要使用定時器（Timer），模擬電壓測量功能需要使用模數轉換器（Analog to Digital Converter, ADC），這些都已經偏離了本書撰寫的初衷：避免與某個開發平臺有過多的依賴。除USB控制器外，本書還詳細介紹了STM32F103C8T6單片機中最簡單的通用的輸入/輸出（General-Purpose Input/Output, GPIO）模塊，它用來控制LED與讀取按鍵的狀態，這種簡單應用對于所有平臺都是適用的，因為具體的開發平臺是多種多樣的（很可能你的開發平臺與本書并不相同），即使我們使用某款單片機設計了某些比較復雜的應用，對你也未必有多大的參考價值，而且還分散了學習USB設備開發與理解USB 2.0規范的精力。但是，只要你掌握了USB設備的開發思路，即使開發平臺完全不一樣，對USB設備開發也沒有多大影響。

USB只是一種數據傳輸方式，本質上與SPI、I2C等總線的數據傳輸方式并無不同。只要你能夠通過USB將數據發送到USB設備，或將數據從USB設備讀取出來，就已經達到了本書的目的，至于你使用這些數據做些其他什么具體應用，就不是本書關心的了。

在實際進行USB設備開發時，我們采用了3種方案（配套應用程序的界面與功能完全一樣），你不僅能夠親身體驗不同方案的開發難度，輕松掌握不同的USB設備開發流程，對USB 2.0規范也會有更深刻的理解，而且還有能力進行設備固件內核層的編程。另外，我們還會開發一些諸如USB鼠標、USB鍵盤、USB大容量存儲、USB轉串口、USB聲卡等常用設備，這些都有助于讀者透徹理解與應用USB相關的其他規范，下面就從設計USB設備的硬件電路開始吧！