USB DIY--自學計畫_USB新平台(一)

各位網路朋友好久不見了。很多人一定很好奇地想問：版主最近忙甚麼啊？

有許多事情都是說來話長，有機會再慢慢分享給各位。人生處處有驚奇嘛。

但首先還是把這標題事情先交代一下。這也是我最近花一點時間著手進行的一件事。

有時候真的覺得去追求不同領域的新知，倒真的不如有系列的在某個領域深耕。

畢竟上了年紀，不管體力或耐力都不比年輕人有衝勁。還能夠找到一些能讓自己

還能靜下心來，好好地坐在工作檯前專注的作一些事都誠屬不易了。

之所以能有這一次因緣際會地再摸一顆新 USB MCU 也算是一個機緣吧。

我之前在講所謂的 USB DIY系列的東西，都是採用Silicon Labs 的C8051F32x 系列的

USB MCU。這一顆USB MCU 也算是一顆成功之長青樹。倒也不是他在MCU 的應用

領域裡多有名，而是原廠採用這一顆MCU 發展出一套 USB 轉UART(RS232) 的CP210X

系列的MCU ，算是一個非常成功的產品策略。目前在USB 轉UART(RS232) 產品市場上

比較高階及有名的就屬 CP210X 及 FTDI 的 FT23xx 。至於以前台廠的產品已經逐漸被

大陸相關產品所取代了。但都還是在一些低階市場裡流血競爭。

話說能應用標準MCU 發展出系統公版，已經不容易了 (像 Atmel 的 Arduino )，若還能

用標準MCU 發展出另一個市場標準 IC 那的確不容易。這也大概是我們這些搞MCU 應用

的人偉大夢想吧。或許，有機會你也可以試試啊。 這不單只是一個技術領域的專注，

還牽涉到備貨與庫存的市場操作。如果你有自己搞過公司，賣過產品你就會懂得。

但因為C8051F32x  這一顆MCU 是屬於比較"舊"的製程IC，所以在效能或製造成本上

比較難具有未來市場競爭性，所以原廠後來在新一代的IC 製程上推出了新一系列的

8051 MCU。以原廠的編號來說：就是EFM8 系列。(以區隔ARM Base 的EFM32)。
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這是這一次的EV 板子：SLSTK2000A

上圖是原廠所提供的驗證開發版。感謝代理商大志科技所提供的。(借的~)
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Silicon Labs 算是蠻有心的在傳統 8051 MCU系列產品上，利用新一代IC 製程再一次的

延續傳統 8051 系列產品。倒也不是說 8051 的MCU 會多競爭力，台灣大陸一大堆MCU 的

IC 設計公司也都有相關的產品系列，但這些公司還是以很單純的產品完善的觀點來

處理 8051 系列產品。沒有在相關產品特色上多花一點心思來處理市場區隔的問題。

那你一定會問我說：這是你們這些LKK 的人還在用 8051 ，人家年輕一代的嘛都在用

32 bits 的ARM 了。其實我也贊成這樣子的說法，我也這麼認為的。

但很不幸的是，以下是我小孩子這學期的課表：

其中那一門 "微處理器系統實驗" 用的還是8 bits 的 8051 。

不過，換個角度想：以實驗課程來說，畢竟8 bits 的 8051 一個成熟又是"蓋棺論定"的

產品。至於 32 bits ARM 系列來說：應用市場太廣太複雜了，重點還是在於 32 bits 是

一個系統平台觀念，而不是微處理器系統觀點。所以對學校老師來說也對啦。反正

看看其他的課程，應該還是有其他的系統平台的課程。學生嘛，多學多看嘛。
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我們在回頭看Silicon Labs 新一代的 8051 MCU 有甚麼不同之處？

其實最主要不同之處：當然就是配合新世代 MCU 開發平台觀念了。這也是目前幾乎

所有MCU (包含 32 bits ARM 或其他 MCU ) 的標準開發平台。過去這幾年我也有採用

另一顆車用 32 bits MCU 的開發平台也都是長成這樣子的平台。(就是  Eclipse 4.5 這一套)

Silicon Labs 的整合開發平台為：Simplicity Studio 。不好意思，其實我早在N 年前就安裝

過 3.0 版的。也是一直採用這一版。只是不是很熟練，後來使用另一家車用 32 bitsMCU 廠

的開發平台版，才真正地一路下來熟悉這樣子的開發平台，這也真的回不去了。

這樣子的開發平台不單只是開發平台環境而已，最主要的還是在原廠所整理處理的

各種跟底層硬體有關的暫存器副程式。在利用 Code Generation 方式來建立開發環境平台。

關於跟底層硬體有關的暫存器副程式這一種觀念，早在十幾年前我在IC 設計公司從事MP3

SOC 開發時，就已經接觸過了。下圖就是我們當初的底層函數庫，包含了各種記憶卡的存取

外加DOS Files system 的平台。

就是在公司內，由另一組驗證 IC 也同時要利用暫存器把所有跟IC 硬體有關的東西給建立起來

然後再由其他系統應用端的工程師們，利用這些底層的函數庫給拼湊應用系統。

這一般都是比較複雜或比較大的系統才需要如此這般的分工。但隨著現代硬體與軟體技術的

進步，當然啊~原廠也是為了能夠順利快速的推廣他們家的MCU ，所以也就不用再讓客人

K 了一大堆硬體資料，再隨著系統慢慢地一點一滴地建立起來，所以如此這般的開發環境

也就越來越常見了。想當然爾，工程師們也就慢慢的多一點軟體技術，少了一點硬體系統

觀念了。這樣子也不知道是好？還是壞事？見仁見智吧。
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下圖就是我們這一次所採用的 Silicon Labs 的 EFM8 University Bee (UB1) 的開發環境：

其實，這一版 UB1 的USB 控制部分，大致上跟舊版的C8051F32x 是差不多的。

只不過，他們現在以標準函數庫的方式打包了底層跟硬體暫存器有關的函數庫，

如果你還是有點轉不過來的話，你還真的以為他是一顆全新的 USB MCU 呢。

他這一版的USB 硬體跟舊版C8051F32x 的USB 控制器最主要不同之處，是他支援了

USB 充電模式硬體偵測模式。純粹偵測而已。至於如何控制充電，不好意思，你要自己寫

系統應用。不過隨著市場上充斥著各式各樣的 USB 充電器 ，這樣子功能支援已經不錯了。
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雖然原廠已經幫你打包了USB 底層函數庫之後，意思就是不希望你可以不用動到他底層的

函數庫，然後你就可以很快的上手。但很不幸的是：在我這一次Demo 應用範例時，我還是

略做修改了底層函數庫，這是因為我是要做一個簡單 Vendor Defined HID。在系統應用上

針對著不同的需求而略為修改。

其實原廠的範例都是標準的滑鼠及鍵盤的使用，雖然他是用高速HID 來做，但還是不脫

標準的 Low Speed 的 HID。簡單來說：他原廠的範例程式是利用USB SOF 來做為系統同步

基準。只是在USB 系統中，SOF 是每隔 1 mSec 會發一個中斷，這樣子真的很麻煩。

所以我還是重新改寫了。主要改寫的部分還是在於 Endpoint 1 的 In Token 與 Set/Get Report

上系統Access USB FIFO 會衝突的問題。這一點在舊版C8051F32x 的範例程式有處理，新版

的底層函數庫沒有處理。這也就為什麼還是要稍微改寫一下底層函數庫的原因。

另外，我在HID Class 的 Descriptor 上就盡量簡化宣告(上圖右邊)，讓系統驗證簡單一點。

這樣子一來 PC 端的應用軟體就可以簡單一點。不清楚地可以參考之前的文章：

USB DIY-- 自學計畫（十一） 

不過，說起來慚愧。連我自己有時還是得再回頭看看自己寫過的東西，所以大家有空趁

自己還年輕，花一點時間多為自己留下一些東西吧。以免東西學多了，舊的就全忘光了。

這一次我沒有宣告所謂的 Report ID ，雖然簡單，但還是碰到一些問題。所以人家在規範中

為什麼還是定義了這個 Report ID ，因為在系統應用上你終究還是同一組資料傳輸中來區隔

不同的應用命令或資料，所以利用 Report ID 也是一種選項，而且我在PC 的 Microsoft 系統中

發現：其實作業系統中，不管你有沒有採用 Report ID ，Microsoft 的底層還是會處理這個

Report ID 的。等你碰到這個問題時，再來問我好了。
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一般來說：USB 的應用除了底層函數庫外，最主要的就是USB 的產品宣告及系統應用程式。

原廠提供的開發平台就會以兩個副程式來定義：descriptor.c 及 callback.c 。(上圖左邊上方)。

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這一次要簡單 Demo 範例是要用 USB Vendor HID 來控制 WS2812S LED 燈條。

所以還是免不了要寫個簡單PC 應用範例程式，我用的還是在USB DIY-- 自學計畫（十一） 

文章的範例程式所改寫的。你看現在USB HID 多成熟啊，連換到 Win 10 的平台，

這支 2001 年的 HID.lib 還是很好用，也沒啥相容性的問題。

這個程式就是很簡單的一方面一直收 HID 中的 Endpoint 1 的 Interrupt In Token 資料。

另一方面可以隨時透過 Endpoint 0 的Setup Token 下 Set Report。所以大家就可以看到

我們可以利用RGB 三色設定來控制 WS2812 燈串上的LED 燈。(當然我們也可以請

UB1 MCU 將收到的 Set Report 上的參數透過 Endpoint 1 的 Interrupt In Token 回傳給

PC 端的應用程式，只不過我發現PC 上的顏色設定與LED 燈光看到的，還是有落差。

雖然在控制上可以做到 256x256x256 的顏色控制，但人的眼睛還是很難區分的啦。

不信你可看一下影片：

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另外在這一隻範例程式哩，最重要的一個重點是：因為希望未來能夠隨時增加LED

控制數量，所以在 Endpoint 0 的 Set Report 的傳輸資料長度可以超過 64 bytes。所以

這個就需要以多組 Setup-Out-Out-Out...-Null In 來完成了。這個對PC 端來說簡單，

但對USB MCU 端就要分別處理。不過，原廠所提供的底層函數庫也有支援，

只是你真的要會稍微研究一下這些函數庫的使用。說得很容易啊~只是那是因為我以前

已經有用過舊版的 C8051F32x ，所以看起來還蠻駕輕就熟的。萬一你是新手，然後

也沒有多少傳統MCU系統觀念，然後就看著這一大堆明顯就是以寫軟體觀念的人所架設

的函數庫，可以真的會讓你一時抓不到重點。下圖就是我們從USB 分析儀看到的

Endpoint 0 的 Set Report 的傳輸資料內容：

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好了，我已經交代完畢了。

我為什麼要花時間來進一步熟悉新一代的USB MCU？很簡單，因為原廠說：

新的USB MCU 肯定會比舊的USB MCU 便宜。而且資源越來越多，新的USB MCU 比舊的

還多出 SPI 及 CRC ，重點還有兩組 UART。(因為新的製程，可以在塞進更多東西。)

那你說：你要不要換？這就是時代在進步，你也不得不跟著調整。

重點還是在於新的開發平台環境工具，我在想:既然我都已經轉換到這樣子的開發平台了，

我是不是也該拿一顆普羅大眾所歡迎的 STM32 也來玩一下 USB Vendor HID ？

唉~這個就是搞工程很無奈的地方。不過幸好的是：已經上了年紀，也碰過不少產品，

市場也跑過不知幾圈了，現在比較可以做到"動心忍性"。不會一天到晚看到甚麼？

就覺得甚麼東西都可以做，自己可以拿捏甚麼東西可以碰，甚麼東西就不要碰了。

這樣子生活與工作才能相得益彰，多一點愜意少一點煩躁。

至於還可不可以賺到錢？那就隨緣而遇了吧。