一、前言

某客户在使用 STM32U5 开发一款产品时需要使用到 USB Custom 进行双向通信，并反馈STM32U5 使用的是 Azure USBx 协议栈，不再支持 ST USB device 库。客户表示只熟悉 ST USB Device 库，对 USBx 协议栈与 API 没有任何使用经验。查阅目前所有 USBx 的例程，发现目前 USBx 均没有可参考的 Custom HID 双向通信范例，客户希望提供使用 USBx HID 进行双向通信的例程，这里简单介绍下利用 CubeMx 创建工程的实现过程。

二、USB 双向通信的几个基本知识点

首先，我们回顾一下 USB2.0 设备端与主机通信的基本原理及数据流，如下图所示。

设备描述符：向主机提供 USB 版本信息、支持的协议、供应商标识(VID)、产品标识(PID)、及制造商和产品字符串，支持的配置数量等信息。

配置描述符：提供特定设备配置的信息，如接口数量、设备由总线供电还是自供电、设备能否启动一个远程唤醒以及设备功耗。

接口描述符：对配置描述符中的接口信息进行描述，主要包括了接口号、类型以及该接口中的端点(Endpoints)数量等信息。

端点描述符 ：用于向主机提供端点信息，主要包括了端点方向(IN/OUT)、传输类型(中断、批量bluck、同步、控制)以及数据包最大长度等信息。

三、USBx HID 设备端 API 介绍

USBx Device 协议栈内部实现了一套复杂的基于事件和消息驱动机制的数据流传输和控制传输逻辑，用户 Application 只需要使用其提供的 APIs 即可实现 USB 通信。USBx Device Stack 所提供的 APIs 如下：

四、USBx 实现 Custom HID 双向通信的步骤

(一) 系统外设、USB、USBx、Threadx 的添加和基础配置下面我们就使用 NUCELO-U575ZI-Q 基于前面所讲的 USBx Device stack APIs 来实现USB HID 双向通信。使用 STM32CubeMX 创建如下工程，工程基本配置如下。

USB 和 RCC 时钟系统配置如下：

配置 NUCLEO-U575-Q 为 SMPS 供电模式。

配置 USB 引脚及中断功能。

添加 ThreadX RTOS 协议栈。

添加 USBx 协议栈支持并配置协议栈。

设置 MX_USB_OTG_FS_PCD_Init 在 main()中不进行调用，并保存工程并生成代码。

(二) 代码的添加及修改

本例程目的是实现 USB Custom HID 双向通信。本例程共使用了 3 个 Endpoint，如下：

Eendpoint0(控制类型，IN/OUT)、Endpoint1(中断，IN)、Endpoint2(中断，OUT)。Endpoint0：系统默认控制管理端点，用于 Host 对 Device 传输控制和管理命令，如设备描述符、配置描述符等系统信息进行配置和查询。

Endpoint1：输入(IN)类型端点，用于向 Host 发送数据，在本例程我们创建了一个应用线程usbx_cutomhid_thread_entry()，以 1S 为周期向 Host 通过 Endpoint1 发送 64 字节的数据包。

Endpoint2：输出(OUT)类型端点，用于当 Host 向 device 发送数据时，USBx Stack 会自动调用 USBD_Custom_HID_SetReport()的回调函数，通过 Endpoint2 来接收 Host 所发送的数据包。

1. 在 app_usbx_devich.h 中包含如下几个头文件。

2. 在 app_usbx_device.c 中申明和定义如下结构，其中 ux_app_MsgQueue 消息队列用于实现USB 的动态管理。

3. 在 ux_device_customhid.h/.c 中添加如下申明和定义，并在相关相关函数内分别依次添加下图所示代码。其中线程 usbx_cutomhid_thread_entry 用于周期性通过 Endpoint1 向 host 发送 64 字节数据。

修改 HID SetReport 函数，接收由 PC 机向 OUT 端点(Endpoint2)发送的数据包。

在 usbx_customhid_thread_entry 中实现 IN 端点(Endpoint1)向 PC 机 1S 发送一次数据功能。

01、引言

STM32 在内部都集成了一个温度传感器，STM32U5 也不例外。这个位于晶圆上的温度传感器虽然不太适合用来测量外部环境的温度，但是用于监控晶圆上的温度还是挺好的，以防止芯片过温运行。

02、问题

2.1.问题详情

某客户在使用 STM32U575ZIT6Q 时，使用 ADC4 对内部温度传感器 VSENSE进行采样计算，但是总觉得温度值不对。那么，应该如何对内部温度传感器信号的 ADC 采样进行计算以得到正确温度值呢？

2.2. 问题分析

首先，我们应该看一下参考手册如何描述内部温度传感器的。参考手册说明了，未经校准的内部温度传感器更适用于对温度变化而非绝对温度进行测量的应用。为了提高温度传感器测量的准确性，ST 在生产过程中将校准值存储在每个器件的系统存储器中，用户可以在应用中去读取这些数据。 

这个校准值是写在数据手册的，如图 1 所示。

图1. 内部温度传感器

这张表格告诉我们，校准值 TS_CAL1 的数值位于存储器地址 0x0BFA0710 和0x0BFA0711，也就是它是一个 16-bit 的数据；同理，校准值 TS_CAL2 的数值位于存储器地址 0x0BFA0742 和 0x0BFA0743。 

再回过头来看一下参考手册是如何描述怎么读取内部温度传感器的温度的，如图 2 所示。

图2. 读取温度传感器

这里描述的是如何读取内部温度传感器的温度，前面主要介绍 ADC 的配置和对温度传感器的采样，最后根据得到的数据使用公式进行计算，得到温度值。前面的 ADC 的配置和采样就不说了，我们主要来看一下公式的使用。

其中，

Temperature (in ℃) 就是内部传感器的当前温度结果； 

TS_DATA 为内部传感器当前温度对应的采样值； 

TS_CAL2_TEMP 为校准值 2 的温度值，TS_CAL2 为对应的采样值，对于 STM32U5来说，TS_CAL2_TEMP 为 130℃，对应的采样值存储在 0x0BFA0742 和 0x0BFA0743； 

TS_CAL1_TEMP 为校准值 1 的温度值，TS_CAL1 为对应的采样值，对于 STM32U5来说，TS_CAL1_TEMP 为 30℃，对应的采样值存储在 0x0BFA0710 和 0x0BFA0711； 

对于 STM32U5 来说，公式可简化为：

那么，是不是直接读取了 TS_CAL2 和 TS_CAL1，放到公式里，然后通过 ADC 得到TS_DATA，就可以直接算温度了呢？接着往下看。

2.3. 问题解决

在室温下使用 NUCLEO-U575ZI-Q 做个实验： 

读取 0x0BFA0742 和 0x0BFA0743 得到 TS_CAL2 为 0x155D，也就是 0d5469；读取 0x0BFA0710 和 0x0BFA0711 得到 TS_CAL1 的值为 0x102F，也就是 0d4143。 

此时，由 ADC1 对内部温度传感器进行采样转换，得到 TS_DATA 为 0xEAA，也就是0d3754。 

那么，如果直接放进去算：

室温下，这个 0.66℃显然不对。

2.3.1. 使用 ADC1 测量内部温度传感器的温度值 

再来看数据手册里对校准值的描述，如图 3 所示。

图3. 温度传感器校准值重要参数

这个表格有一个非常重要的参数，就是 ADC1 的参考电压，它是 3.0V，而 NUCLEOU575ZI-Q 板子的 ADC 参考电压为 3.3V。所以，这两个 TS_CAL1 和 TS_CAL2 对于NUCLEO-U575ZI-Q 中的 STM32U575ZIT6Q 的内部温度传感器肯定是不能直接用的，需要先换算为 3.3V 参考电压的值才行。 

所以，新的值计算如下： 

TS_CAL2 = 5469 × 3 / 3.3 = 4972 

TS_CAL1 = 4143 × 3 / 3.3 = 3766 

再回到刚才的实验中，计算的公式如下：

这次算出来的结果为 29℃就对了。

2.3.2. 使用 ADC4 测量内部温度传感器的温度值 

那对于 ADC4 是否也是一样的呢？ 

首先，要知道在 STM32U5 中，ADC1 为 14-bit SAR ADC，而 ADC4 为 12-bit SARADC。同样的这块板子，同样的室温下，由 ADC4 对内部温度传感器进行采样转换得到的值是 0x3AA，也就是 0d938。 

要使用 0d938 计算温度值，TS_CAL1 和 TS_CAL2 也要相应转为 12 位的数据才行。将它们由 14 位数据转为 12 位的数据，相当于就是右移 2 位，也相当于除以 4。 

由于参考电压仍然是 3.3V，所以针对 ADC4 的 TS_CAL2 和 TS_CAL1 应该计算如下： 

TS_CAL2 ：由读取到的 0x155D 右移 2 位，得到 0x557，也就是 0d1367，再换算成3.3V 的 。 

TS_CAL2 = 1367 × 3 / 3.3 = 1243也可以直接使用上面 ADC1 例子的值来计算。 

TS_CAL2 = 4972 / 4 = 1243 

TS_CAL1 ：由读取到的 0x102F 右移 2 位，得到 0x40B，也就是 0d1035，再换算成3.3V 的 。 

TS_CAL2 = 1035 × 3 / 3.3 = 941 

也可以直接使用上面 ADC1 例子的值来计算。 

TS_CAL2 = 3766 / 4 = 941 

计算的公式如下：

算出来的结果也是 29℃。

03、小结

当我们使用芯片的内部温度传感器计算内部温度时，需注意校准值是使用哪个 ADC、在什么参考电压下得到的。当实际应用与内部温度传感器校准时所使用 ADC 及条件不一样时，应该对存储单元里的校准值先做计算转化，然后才可以使用参考手册所提供的公式进行计算，否则将会得到错误值。

01、引言

很多 STM32 系列中的 ADC 都带有自校准的功能。它提供了一个自动校准的过程，用于驱动包括 ADC 上电/掉电序列在内的所有校准动作。在这个过程中，ADC 计算出一个校准因子，并在内部应用到此 ADC 模块，直到下一次 ADC 掉电。在执行任何 ADC 操作之前必须校准，以消除芯片之间 ADC 结果的偏差。

02、问题

2.1. 问题详情

客户使用 STM32U575ZIT6Q 验证 ADC4 时，使用 STM32CubeMX 配置后生成工程项目。因为使用 ADC 进行采样转换前，必须要做 ADC 的自校准。于是在 main 函数中加入自校准代码，如图 1 所示。

图1.代码：ADC 自校准

然而，在运行代码的情况下，发现 PC 指针最后跑到这个 Calibration Error 的Error_Handler()里。也就是说，执行自校准失败了！ 

再检查进入 Error_Handler()发生的问题，发现在执行HAL_ADCEx_Calibration_Start()时陷在了下面这个 Loop 当中，如图 2 所示。

图2.代码：等待 ADC 自校准完成

也就是说，ADCAL 位被置 1 后，始终没有被硬件清 0，代表自校准始终不成功。

2.2. 问题分析

查看 STM32U5 的参考手册 RM0456 中关于自校准的描述。考虑到校准没有成功，那么应该看看是不是自校准需要哪些条件，而这些条件并没有成立。 

于是，在 ADC 章节中的 Calibration 小节找到了这么一段话，如图 3 所示。

图3.ADC 自校准要求条件

也就是说，在初始化自校准之前，需要保证 3 个条件： 

1) ADC 的电压调整器已经使能并正常工作（ADVREGEN = 1 且 LDORDY =1） 

2) ADC 没有打开（ADEN=0） 

3) 自动掉电模式没有使能（AUTOFF = 0） 

回到刚才等待 ADC 自校准完成的代码，当指针停留到这边时，在线调试检查各个标志位情况，发现 ADVREGEN=1，ADEN=0，AUTOFF=0，LDORDY=0。所以，可以肯定的是就是 LDORDY 不为 1，也就是说 ADC 的电压调整器还没有准备好，导致了自校准无法成功并退出。 

在 STM32U5 中，引入了一个新的 ADC 特性，叫 ADC 电压调整器（ADC voltageregulator）。在使用 ADC 之前，这个电压调整器必须被使能并且能够稳定工作。可以通过将 ADC_CR 寄存器中的 ADVREGEN 位置 1 来使能它，然后必须要等这个电压调整器的启动时间之后，才可以正常启动自校准或者使用 ADC。这个 LDO 有没有准备好，可以通过 ADC_ISR 寄存器中的 LDORDY 这个位来判断。LDORDY=1 才代表了 LDO 已经准备好了。 

回到客户的问题，可以知道即使 ADVREGEN 置 1 了，LDORDY 始终没有置起来，电压调整器没有启动工作，难道是 ADC 的这个电压调整器坏掉了？ 

别急，想到电源的问题，还不能忘了参考手册的另一个章节 ：电源控制 PWR。翻到PWR 这一章，先要考虑到，与 ADC 相关的电源为 VDDA，所以要重点查看 VDDA 的内容。找到 Independent analog peripherals supply 这一小节，可以看以下关键的句子，如图 4。

图4.独立的模拟外设供电

从图中黄色高亮的文字，我们可以了解到，STM32U5 的 VDDA 在控制上还跟其他系列不一样，它有一个开关来选择是否隔离。芯片复位后，VDDA 提供的 ADC 和模拟开关控制在逻辑和电气上是隔离的，因此不可用。一旦 VDDA 电源存在，就必须在使用模拟外设之前，通过在 PWR_SVMCR 寄存器中将 ASV 置位来消除隔离。也就是说，要想使用ADC，必须先将 ASV 置位来消除隔离。 

在 PWR_SVMCR 寄存器的解释中，也可以看到 ASV 位的描述中要求将此位强制置 1才可以使用模拟外设，如图 5。

图5.ASV 位描述

ASV 的配置是没有在 STM32CubeMX 中进行配置的，所以需要在后期添加。所以，很可能就是因为没有将 ASV 置位以使能 VDDA，导致 ADC 外设被隔离，并没有得到供电，所以 ADC 的电压调整器不可能正常工作，LDORDY 也不可能为 1。

03、问题解决

在工程项目中搜索 ASV，可以找到两个 API，如图 6。

图6.VDDA 使能或禁用 API

也就是说，我们需要先将 HAL_PWREx_EnableVddA()添加到代码中。因为其属于MSP 硬件配置，所以将其加到 HAL_MspInit()函数，如图 7 所示。

图7.修改过的 HAL_MspInit()函数

再重新编译，然后执行指令代码，就可以看到 ADC 的自校准可以正常完成，PC 指针已经可以正常跑到自校准后面的代码了。

04、小结

在 STM32U5 中，为了更好地控制功耗，ADC 中加入电压调整器和 VDDA 隔离功能。这与以往的 STM32 有所不同，需要注意一下。使用 ADC 等模拟外设前，需要注意将PWR_SVMCR 寄存器中将 ASV 置位来消除隔离。 

其实不仅仅是 VDDA 可以隔离，VDDIO2 也是可以的，通过 PWR_SVMCR 寄存器的IO2SV 位进行控制。

如果仔细看过 STM32U5 的 ADC 例程，可以看到 HAL_MspInit()的内容是这么写的，如图 8 所示。

图8.例程的 HAL_MspInit()函数

可以看到，在 MSP 初始化里，不仅使能了 VDDA，还使能了 VDDIO2。所以要使用VDDIO2 相关 I/O 的，也需要注意一下。