USB接口在周边的电子产品中非常普遍，其良好的统一性、广泛性等特点已成为电子产品的标配接口。所以越来越多的MCU上将其集成为外设便于产品应用开发。

下面我们来简单对比 2款常用的MCU产品自身USB资源差异：
(1) 中容量 STM32F103：
有1个USB全速设备接口。
具有USB设备功能，支持模拟各种USB全速设备；
硬件电路上：需要增加1.5K上拉电阻（UD+），推荐电路传输线路上串接22Ω电阻；
软件代码：提供了较好的USB库函数和框架，但是代码相比较大。

(2) 中容量 CH32F103：
有2个USB接口，一个为USB设备接口USBD,一个为USB主机和设备接口USBHD。
USBD，只有USB设备功能，支持模拟各种USB全速或者低速设备。
USBHD，具有设备和主机功能，设备功能下支持模拟各种USB全速或者低速设备，主机功能下支持操作各种USB设备。
硬件电路：内部接口做了阻抗匹配，外部无需任何电阻，芯片引脚直接连接通讯端子或信号线；
软件代码：USBD端口设计兼容STM32F103的USB，代码完全兼容。USBHD端口提供寄存器和函数库方式，相比代码结构简单，代码量小。

由此，可以看出CH32F103的USBD接口功能兼容了STM32F103的USB接口，而且额外还提供了一个USBHD接口。下面我将详细对USBD和USBHD接口使用进行对比。

概述

USBD：作为全速/低速的USB设备功能端口。硬件引脚位置和软件驱动上兼容同等容量的STM32F103芯片的USB设备全速设备接口。
USBHD：可以作为全速/低速的USB设备功能端口，也可以作为全速USB主机功能端口，支持操作Hub。使用沁恒电子传统的USB接口设计方法，与其其他USB产品保持软件一致性。

我们先了解几点关于USB的概念，这有助于了解USBD和USBHD各自设计应用的优缺点。
USB角色分为“设备”和“主机”，平时常见的PC就属于独立主机角色，而键盘、鼠标、U盘、打印机等就属于独立设备角色，而具有OTG功能的手机可以在主机和设备之间切换。我认为具有特定功能的基本上就是一个USB设备，而比较通用可以支持驱动安装的基本上就是一个USB主机（不绝对）。HUB比较特殊，我认为可以当成一个具有连接扩展功能的设备角色（分上游设备口和下游扩展口）
USB通讯就是在主机和设备两者之间发生的，主要分为4种传输类型：控制传输，中断传输，批量传输、等时传输。

控制传输：必须支持，过程分为多个阶段。在应用中用作前期信息交换（枚举过程），一般还包括信息配置、功能切换、查询等。
中断传输：可选，过程单一，数据传输具有周期性（速度固定），当数据量较小。在应用中一般做定时查询，常见的产品有键鼠、扫描枪、刷卡器之类通讯。
批量传输：可选，过程单一，数据量大，速度可变（取决于当前带宽）。在应用中一般做批量数据传输，常见的产品有U盘、打印机、扫描仪之类通讯。
等时传输：可选，过程单一，数据传输具有周期性（速度固定），数据量大于中断传输，正确率不保证。在应用中一般用作音视频方向，需要具备数据刷新率但可以允许有数据出错。

此外，USB2.0通讯之间，都是主机先发出请求，设备进行响应。即使设备要传输数据给主机，也需要主机发出上传包（IN）进行数据请求。任何数据的接收方都需给出应答包（等时传输除外）。还有一些总线状态、复位、挂起、唤醒信号时序等USB底层传输规范，有兴趣人的可以看相关的协议文档，这里不再细说。

控制器硬件设计对比

从我了解的USB接口控制设计上看，USBD控制器为应用场合设计考虑较多，例如设置了批量和同步传输可选择双缓冲和高优先级响应中断，用于保障数据传输速度；各种状态标志通知全面，不会因为用户层处理慢导致硬件传输问题。而USBHD控制器在设备功能上，采用简单易用的思路，给用户的控制位较少。无需区分传输和端点类别，用户只需关心上传还是下传即可，采用接口数据直通内存方式，减少数据拷贝工作，提升整体传输效率。

应用软件结构

使用CH32F103EVT中的USBD和USBHD例子。
（1）USBD示例中相关USB文件如下

上图左侧“USBLIB-src”中的6个文件中，包含了USB底层的数据传输函数及框架接结构，一般无需用户参与，由上层传递参数进行数据收发。

usb_core.c：控制传输下，各阶段处理（setup阶段，数据下传/上传阶段，状态阶段。
usb_init.c：低优先级中的处理（控制传输即其他）和高优先级中断处理（批量传输和同步传输）。
usb_int.c：USB模块初始化，USB设备信息结构表初始化。
usb_regs.c：封装了底层USB寄存器的各个控制位的控制。
usb_sil.c：端点通道上，上传和下传接口（包含收发数据和长度）。
usb_mem.c：512字节分组缓冲区和用户待收发SRAM数据之间的拷贝。

上图右侧“USBLIB-Cfg”中6个文件，包含了USB设备具体的信息结构，包括身份信息、支持的命令信息等。需要用户的按模拟的usb设备需求修改。

hw_config.c：usb功能启用、挂起（低功耗）、中断服务、端口等入口及状态。
usb_desc.c：usb设备描述符信息。
usb_endp.c：非0端点通道的数据处理回调函数。
usb_istr.c：usb中断标志通知各部分处理入口，回调进行底层事件处理。
usb_prop.c：设备本身结构属性赋初值：基本枚举信息，标准请求支持，类请求支持等。
usb_pwr.c：关于usb功耗几种状态处理函数：正常供电、断电、挂起（低功耗）、恢复（从挂起态）。

程序结构上多半采用函数指针方式，由用户配置在相应函数中配置好端点类别、支持的标准命令和类名请求、数据分析处理过程等，而底层usb传输框架中将配置内容在usb主机命令中完成数据收发。虽然USBD外设接口上的驱动写的较为复杂，不易于理解，但是使用上还是非常方便的。

（2）USBHD设备功能示例中相关USB文件
只有一个“ch32f10x_usb.c”，以及“Main.c”中的一个中断函数。代码非常简单，程序结构也很好理解。

USB_DeviceInit()：初始化USBHD外设的设备功能，包含各个端点收发缓冲区、应答默认状态等。
USB_DevTransProcess()：完整的USB设备和主机通讯传输命令解析及数据响应。

USBHD模块驱动没有像USBD模块驱动采用多层次的函数传递，而是一目了然的打通底层到上游，用户操作更加透明化，控制简洁。USBHD模块控制器皆可8位寻址访问，一次写操作即可完成数据的上传或下传工作，驱动效率比之USBD模块更高。

实际应用效果
下面针对2种实际应用实例，给出USBD和USBHD接口软件驱动效果。
测试条件：

模拟CH372厂商设备：批量传输，使用厂家驱动。通过上位机测速软件，成功下传2M数据，统计下传速度；请求上传2M数据，统计上传速度。
模拟CDC设备：批量传输，PC电脑自带驱动。通过PC端普通串口软件的文件传输功能，测试下传速度和上传速度。

从上表的测试结果分析：
资源上：USBD和USBHD的SRAM消耗差不多，主要用于存储传输数据以及本身设备的信息内容，属于功能必要需求。而Flash差异比较大，主要原因在于USBD接口软件驱动按照USB处理层次进行拆分，不但函数非常多，而且分类的文件也很多，带来的好处就是层次分明，修改独立。而USBHD接口软件驱动直接使用了相关寄存器读写，一步完成收发工作，结构简单，效率更高。
效率上：

USBD和USBHD接口传输效率几乎差别不大，但是由于USBD接口通道数据在独立的512字节分组缓冲区，应用时需要执行用户SRAM到分组缓冲区的拷贝，所以效率会下降40%左右（SRAM拷入/拷出）。而USBHD设计上采用直接送入用户SRAM，所以没有此情况。
作为全速USB接口（12Mbps），USBD和USBHD都可以达到约9Mbps的传输效率，但是在实际的应用中，会存在数据拷贝、数据处理、短包传输等情况导致不能充分使用USB带宽。所以建议，第一，使用USBHD接口，如果数据已在SRAM中，通过修改端点的DAM地址来减少数据拷贝可直接传输，而USBD接口，可以在空闲时间提前将数据送入分组缓冲区。第二，采用双缓冲功能，将USB传输和数据准备时间进行复用（类似数据地址切换），第三，尽量使用满包来传输数据，这样可以提升USB带宽利用率。
厂商设备和CDC设备，都是批量传输应用（大数据传输），但是实测上下传速度上有很大差别，其主要原因在于测试软件上，厂家测试工具目标针对测试速度而不在数据内容，所以上位机工具中采用固定数据内容循环收发测试。而CDC使用普通串口工具传输文件，在下传环节需要一个线程去读取文件内容到缓存区内（类似数据拷贝），而增加了下传数据帧间隔，而上传通道接收数据，测试中没有开串口显示或者保存数据功能，所以上传速度比较接近厂家驱动上传测试。由此，我们也应该认识到，传输速度是和传输双方有关的，不仅仅要提升USB设备的处理响应能力，同时USB主机也需要有足够的速度来请求，毕竟在USB2.0中，所有的传输都是由USB主机发起的。
综合分析，在实际功能应用中，USBD和USBHD接口传输数据，如果使用批量传输通道，可以达到的速度范围在400KB/s~800KB/s，就看用户代码数据转移和优化了；而中断传输不会超过64KB/s；等时传输不超过400KB/s。

总结

CH32F103芯片的主频默认72MHz，在使用USBD和USBHD全速端口上，注意软件写法，两个端口传输效率相差不大，只是操作方法及现有软件驱动存在差异，选择哪个使用按自己的喜好和习惯即可。真正到了高速USB（480Mbps）及以上的接口时，其控制器的应用设计才能更加影响实际效率。
USBHD除了设备功能还具有USB主机功能，如果和USBD搭配起来一起使用，那么CH32F103芯片将可以实现双USB设备，一主机一设备功能应用。

其实，USB的传输过程从方向上看就是简单的上传和下传，我认为看成普通的串口收发都可以，只是它的发送是需要主机先来请求才可以发出。此外，就是对收发的数据进行解析按照情况传输不同的数据内容。在我看来USB区别于一般的传输接口，除了本身USB硬件设计（信号、编解码等）差异，在使用上主要感受还是附加的USB规范，所以在软件编写上，不能直接收发自定义数据，需要配合现有USB规范，来使用。USB作为一种通用接口，能这么广泛的使用，也得益于其统一的规范，大家都标准走，才能各司其职又能相互连通。

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