需求

实习工作，老板要求用单片机读取驾驶模拟器（Joystick）返回的数据，驾驶模拟器usb输出，输出信息包括：方向盘转角、左右拨杆、按键等。

硬件

采用正点原子探索者开发板，即插即用，硬件不需要改动。开发板做主设备，因此必须选用f4系列，f103只能做从设备，其他能做主设备的f1，没就用过，不做尝试，直接用f407zgt6。驾驶模拟器上是一个stm32单片机，商家已经擦除芯片型号，盲猜是f1系列，因为模拟驾驶器是USB从设备，只需要f1系列即可。

探索的思路

最初不知道驾驶模拟器是用什么协议，于是开始漫长的探索过程。

usb HID设备

首先，将驾驶模拟器插入windows电脑，再任务管理器中发现，多出两行，表明该设备为USB HID设备。USB HID是Human Interface Device的缩写，由其名称可以了解HID设备是直接与人交互的设备，例如键盘、鼠标与游戏杆等。通过window的系统调用，可以接收到模拟量和数字量。协议讲解在这里。
使用Windows读取数据程序如下，也可以参考这里。

#include<stdio.h>
#include <iostream>
#include<stdlib.h>
#include<conio.h>
#include <iostream>
#include<string>
#include<Windows.h>
//添加joystick操作api的支持库
#include<MMSystem.h>
#pragma comment(lib, "Winmm.lib")
using namespace std;
int main()
{UINT joyNums;joyNums = joyGetNumDevs();//读取手柄信息printf("当前手柄数量:%d \n", joyNums);//采集手柄数量;JOYINFO joyinfo;//定义joystick信息结构体JOYINFOEX joyinfoex;joyinfoex.dwSize = sizeof(JOYINFOEX);joyinfoex.dwFlags = JOY_RETURNALL;while (1){MMRESULT joyreturn = joyGetPosEx(JOYSTICKID1, &joyinfoex);cout << joyreturn<< endl;cout << joyinfoex.dwXpos << endl;Sleep(1000);}Sleep(3000);return 0;
}

Windows下读取到的数据写在Joyinfoex结构体中，这里不再赘述。

stm32官方usb库移植

官方usb库下载教程。

STM32官方USB例程JoyStick详解。
移植过程可以参考正点原子教程，正点原子将回调函数写好了，但仅限打印相关提示话语，具体如何处理数据还需要自行修改。

修改为读取驾驶模拟器程序

官方库中有Joystick从机，也就是驾驶模拟器那边的例程，还有鼠标键盘读取的例程，因为鼠标键盘也是USB HID设备，我这里在正点原子提供的，移植好的鼠标键盘例程的基础上，修改为可以读取Joystick的程序。

直接用鼠标的程序，把驾驶器插进去，会有如下输出信息，说明两边USB协议层已经识别，而且驾驶模拟器这边方向盘自行转动做初始化操作，说明从机设备有响应。但显示无法识别的USB设备，推测应该是HID层的问题。
用文本搜索功能，找到回调函数中显示的内容

//usbh_usr.c文件
//无法识别的USB设备
void USBH_USR_DeviceNotSupported(void)
{ printf("无法识别的USB设备!\r\n\r\n");
}

继续搜索该回调函数，发现他是一个结构体的成员。

//usbh_usr.c文件
//USB HOST 用户回调函数.
USBH_Usr_cb_TypeDef USR_Callbacks =
{USBH_USR_Init,USBH_USR_DeInit,USBH_USR_DeviceAttached,USBH_USR_ResetDevice,USBH_USR_DeviceDisconnected,USBH_USR_OverCurrentDetected,USBH_USR_DeviceSpeedDetected,USBH_USR_Device_DescAvailable,USBH_USR_DeviceAddressAssigned,USBH_USR_Configuration_DescAvailable,USBH_USR_Manufacturer_String,USBH_USR_Product_String,USBH_USR_SerialNum_String,USBH_USR_EnumerationDone,USBH_USR_UserInput,NULL,USBH_USR_DeviceNotSupported,USBH_USR_UnrecoveredError
};
//usbh_core.h文件中
typedef struct _USBH_USR_PROP
{void (*Init)(void);       /* HostLibInitialized */void (*DeInit)(void);       /* HostLibInitialized */  void (*DeviceAttached)(void);           /* DeviceAttached */void (*ResetDevice)(void);void (*DeviceDisconnected)(void); void (*OverCurrentDetected)(void);  void (*DeviceSpeedDetected)(uint8_t DeviceSpeed);          /* DeviceSpeed */void (*DeviceDescAvailable)(void *);    /* DeviceDescriptor is available */void (*DeviceAddressAssigned)(void);  /* Address is assigned to USB Device */void (*ConfigurationDescAvailable)(USBH_CfgDesc_TypeDef *,USBH_InterfaceDesc_TypeDef *,USBH_EpDesc_TypeDef *); /* Configuration Descriptor available */void (*ManufacturerString)(void *);     /* ManufacturerString*/void (*ProductString)(void *);          /* ProductString*/void (*SerialNumString)(void *);        /* SerialNubString*/void (*EnumerationDone)(void);           /* Enumeration finished */USBH_USR_Status (*UserInput)(void);int  (*UserApplication) (void);void (*DeviceNotSupported)(void); /* Device is not supported*/void (*UnrecoveredError)(void);
}

继续搜索USR_Callbacks结构体，发现在主函数中，以指针形式传入USB初始化函数。

//main,c
int main(void)
{ u32 t; NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2delay_init(168);  //初始化延时函数uart_init(115200);     //初始化串口波特率为115200LED_Init();                    //初始化LED    //定时器时钟84M，分频系数8400，所以84M/8400=10Khz（0.1ms）的计数频率TIM3_Int_Init(TIMER_TIME*10-1,8400-1); uart2_init(9600);//DMA1,STEAM6,CH4,外设为串口2,存储器为SendBuff,长度为:SEND_BUF_SIZE.MYDMA_Config(DMA1_Stream6,DMA_Channel_4,(u32)&USART2->DR,(u32)SendBuff,SEND_BUF_SIZE);//初始化USB主机USBH_Init(&USB_OTG_Core_dev,USB_OTG_FS_CORE_ID,&USB_Host,&HID_cb,&USR_Callbacks);  while(1) {USBH_Process(&USB_OTG_Core_dev, &USB_Host); //if(bDeviceState==1)//连接建立了{ if(USBH_Check_HIDCommDead(&USB_OTG_Core_dev,&HID_Machine))//检测USB HID通信,是否还正常? {       USBH_HID_Reconnect();//重连}              }else   //连接未建立的时候,检测{if(USBH_Check_EnumeDead(&USB_Host))   //检测USB HOST 枚举是否死机了?死机了,则重新初始化 {       USBH_HID_Reconnect();//重连}          }t++;if(t==200000){LED0=!LED0;t=0;}}
}

按经验应该是向USB驱动程序注册回调函数，而且调用的是DeviceNotSupported这个结构体成员名。

//usbh_core.c文件
void USBH_Init(USB_OTG_CORE_HANDLE *pdev,USB_OTG_CORE_ID_TypeDef coreID,USBH_HOST *phost,               USBH_Class_cb_TypeDef *class_cb, USBH_Usr_cb_TypeDef *usr_cb)
{/* Hardware Init */USB_OTG_BSP_Init(pdev);  /* configure GPIO pin used for switching VBUS power */USB_OTG_BSP_ConfigVBUS(0);  /* Host de-initializations */USBH_DeInit(pdev, phost);/*Register class and user callbacks */phost->class_cb = class_cb;phost->usr_cb = usr_cb;  /* Start the USB OTG core */     HCD_Init(pdev , coreID);/* Upon Init call usr call back */phost->usr_cb->Init();/* Enable Interrupts */USB_OTG_BSP_EnableInterrupt(pdev);
}

注册回调函数时，将USR_Callbacks指针赋值给phost->usr_cb，继续搜索->DeviceNotSupported，发现在。

//usb_hid_core.c
static USBH_Status USBH_HID_InterfaceInit ( USB_OTG_CORE_HANDLE *pdev, void *phost)
{   uint8_t maxEP;USBH_HOST *pphost = phost;uint8_t num =0;USBH_Status status = USBH_BUSY ;HID_Machine.state = HID_ERROR;if(pphost->device_prop.Itf_Desc[0].bInterfaceSubClass  == HID_JOTSTICK)//方向盘的话修改为0{/*识别设备标识*/if(pphost->device_prop.Itf_Desc[0].bInterfaceProtocol  == HID_JOTSTICK)       {HID_Machine.cb = &HID_MOUSE_cb;//将HID设备确定为鼠标设备，cb应该是call back}HID_Machine.state     = HID_IDLE;HID_Machine.ctl_state = HID_REQ_IDLE; HID_Machine.ep_addr   = pphost->device_prop.Ep_Desc[0][0].bEndpointAddress;HID_Machine.length    = pphost->device_prop.Ep_Desc[0][0].wMaxPacketSize;HID_Machine.poll      = pphost->device_prop.Ep_Desc[0][0].bInterval ;if (HID_Machine.poll  < HID_MIN_POLL) {HID_Machine.poll = HID_MIN_POLL;}/* Check fo available number of endpoints *//* Find the number of EPs in the Interface Descriptor */      /* Choose the lower number in order not to overrun the buffer allocated */maxEP = ( (pphost->device_prop.Itf_Desc[0].bNumEndpoints <= USBH_MAX_NUM_ENDPOINTS) ? pphost->device_prop.Itf_Desc[0].bNumEndpoints :USBH_MAX_NUM_ENDPOINTS); /* Decode endpoint IN and OUT address from interface descriptor */for (num=0; num < maxEP; num++){if(pphost->device_prop.Ep_Desc[0][num].bEndpointAddress & 0x80){HID_Machine.HIDIntInEp = (pphost->device_prop.Ep_Desc[0][num].bEndpointAddress);HID_Machine.hc_num_in  =\USBH_Alloc_Channel(pdev, pphost->device_prop.Ep_Desc[0][num].bEndpointAddress);/* Open channel for IN endpoint */USBH_Open_Channel  (pdev,HID_Machine.hc_num_in,pphost->device_prop.address,pphost->device_prop.speed,EP_TYPE_INTR,HID_Machine.length); }else{HID_Machine.HIDIntOutEp = (pphost->device_prop.Ep_Desc[0][num].bEndpointAddress);HID_Machine.hc_num_out  =\USBH_Alloc_Channel(pdev, pphost->device_prop.Ep_Desc[0][num].bEndpointAddress);/* Open channel for OUT endpoint */USBH_Open_Channel  (pdev,HID_Machine.hc_num_out,pphost->device_prop.address,pphost->device_prop.speed,EP_TYPE_INTR,HID_Machine.length); } }   start_toggle =0;status = USBH_OK; }else{pphost->usr_cb->DeviceNotSupported();   }return status;
}

（以上代码我已改过）由此推断是因为设备号不同导致大的无法识别，修改最开始两个if中的编号后，便可以识别Joystick设备。

返回的数据长度

此时仍不能读取到数据，从获取获取鼠标数据的路线从后向前反推，逆向找数据来源。

//usb_hid_mouce.c
static void  MOUSE_Decode(uint8_t *data)
{   //修改过了USR_MOUSE_ProcessData(data);
}

搜索MOUSE_Decode()，发现HID_MOUSE_cb是鼠标设备的回调函数结构体，其中包含MOUSE_Init()和MOUSE_Decode()。HID设备初始化函数USBH_HID_InterfaceInit()中，将HID设备绑定为为鼠标设备，将HID_MOUSE_cb指针，赋值给HID_Machine.cb。查找发现在USBH_HID_Handle()，有调用MOUSE_Decode()。

//usb_hid_core.c
static USBH_Status USBH_HID_Handle(USB_OTG_CORE_HANDLE *pdev , void   *phost)
{USBH_HOST *pphost = phost;USBH_Status status = USBH_OK;switch (HID_Machine.state){ case HID_IDLE:HID_Machine.cb->Init();HID_Machine.state = HID_SYNC;case HID_SYNC:/* Sync with start of Even Frame */if(USB_OTG_IsEvenFrame(pdev) == TRUE){HID_Machine.state = HID_GET_DATA;  }break;case HID_GET_DATA:USBH_InterruptReceiveData(pdev, HID_Machine.buff,HID_Machine.length,HID_Machine.hc_num_in);start_toggle = 1;HID_Machine.state = HID_POLL;HID_Machine.timer = HCD_GetCurrentFrame(pdev);break;case HID_POLL: if(( HCD_GetCurrentFrame(pdev) - HID_Machine.timer) >= HID_Machine.poll){//printf("goto USBH_HID_Handle() 5.1\r\n");HID_Machine.state = HID_GET_DATA;}else if(HCD_GetURB_State(pdev , HID_Machine.hc_num_in) == URB_DONE){//printf("goto USBH_HID_Handle() 5.2\r\n");if(start_toggle == 1) /* handle data once */{//printf("goto USBH_HID_Handle() 5.3\r\n");start_toggle = 0;HID_Machine.cb->Decode(HID_Machine.buff);}}else if(HCD_GetURB_State(pdev, HID_Machine.hc_num_in) == URB_STALL) /* IN Endpoint Stalled */{//printf("goto USBH_HID_Handle() 5.4\r\n");/* Issue Clear Feature on interrupt IN endpoint */ if( (USBH_ClrFeature(pdev, pphost,HID_Machine.ep_addr,HID_Machine.hc_num_in)) == USBH_OK){//printf("goto USBH_HID_Handle() 5.5\r\n");/* Change state to issue next IN token */HID_Machine.state = HID_GET_DATA;}}      break;default:break;}return status;
}

USBH_HID_Handle()中HID_Machine.state在3和5之间跳，在status是5时，执行数据处理函数。MOUSE_Decode()中需要用到HID_Machine.length，匹配收到数据的长度，返回的数据长度是8字节，直接取消长度限制，最终获得目标数据，返回的是64个8位数。

附：几种即使模拟器各个数据位的含义

安路迪

数据位	含义
Data[0]	方向盘低八位
Data[1]	方向盘高八位
Data[2]	随着油门增大128->0；刹车踩下128->255
Data[3]	离合踩下128->255
Data[4]	右转向灯、左转向灯、鸣笛、空、空、手刹、右按键、下按键
Data[5]	上、雨刷二、雨刷一、近光灯、空、远光晃、近光、钥匙
Data[6]	空、倒挡、五档、四档、三档、二档、一档、左按键
Data[7]	校验

罗技

完整代码传送门

https://download.csdn.net/download/renzemingcsdn/15726059

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