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踩坑记录——USB键盘睡眠唤醒

news 来源：原创 2024/5/6 13:19:40

踩坑记录——USB键盘睡眠唤醒

前言

前段时间我用一个国产MCU实现了雷蛇键盘的效果，按键支持十键无冲，RGB灯支持单控任意一个灯任意一种颜色，但是这个过程还是比较曲折的，原本以为键盘功能是最难搞的，低功耗处理是最简单的，没想到前面这么顺利，最后才翻车了，所以特意出一期记录一下我踩过的坑。

1 USB远程睡眠唤醒要注意的几个点

1、配置描述符(Configuration Descriptor)要打开远程唤醒(Remote Wakeup)功能。

Configuration Descriptor

Offset	Field	Size	Value	Description	remark
0	bLength	1	Number	以字节为单位的描述符大小	bLength以字节为单位的描述符大小(0x09)
1	bDescriptorType	1	Constant	配置描述符类型	一般为CONFIGURATION (0x02)
2	wTotalLength	2	Number	配置返回的数据总长度	包括该配置返回的所有描述符（配置、接口、端点、和专用的类型或者专用的厂商描述符）的总长度
4	bNumInterfaces	1	Number	配置支持的接口数量	最小值为0x01
5	bConfigurationValue	1	Number	Get Configuration 和Set Configuration请求的配置值	必须为0x01或者更高值。取值为0的Set Configuration请求会使设备进入未配置状态(Not Configured state)
6	iConfiguration	1	Index	字符串描述符索引	若没有字符串描述符，这个字段的值为0
7	bmAttributes	1	Bitmap	配置特性	Bit7: USB1.0协议中表示总线供电(Bus Powered)，设置bit7=1表示由总线供电(Bus Powered)，其他协议该位保留(Reserved)，必须设置为1 Bit6: 自供电(Self-powered)，bits6=1时，设备自供电(Self-powered) Bit5: 远程唤醒(Remote Wakeup)，bit5=1时，设备支持远程唤醒 Bit4…0: 未使用，保留，必须为0
8	bMaxPower	1	mA	设备从总线获取的最大功耗	当设备完全运行时，特定配置的USB设备从总线取得的最大功耗

bmAttributes属性的Bit5要置1，这样才能打开远程唤醒(Remote Wakeup)功能，另外PC端也要在相应的USB设备上打开“允许此设备唤醒计算机(O)”。

在这里插入图片描述

Configuration Descriptor 部分配置参考示例：

0x09,                   //bLength(9);               配置描述符
0x02,                   //bDescriptorType(Configuration);
0x29,0x00,              //wTotalLength(41);
0x01,                   //bNumInterfaces(1);
0x01,                   //bConfigurationValue(1);
0x00,                   //iConfiguration(0);
0xA0,                   //bmAttributes(BUSPower); //支持远程唤醒
0x32,                   //MaxPower(100mA);

2、USB的时钟频率不能低于48MHz且必须是48的倍数。
时钟频率要设对，否则会导致通讯异常。这个点原本我是知道的，但没想到的是MCU在进入休眠之后自动切换到了内部时钟，而且在唤醒之后没有切换回来，因此导致唤醒之后USB通讯异常。
所以，在上电初始化的时候以及休眠唤醒之后都需要配置好系统时钟。

3、USB Device唤醒PC需要发送唤醒序列。
PC在进入睡眠之后会主动发送SetDeviceFeature，设备端收到以后进入挂起状态(SUSPend)并且USB进入低功耗模式，如果设备需要唤醒PC的话则需要发送唤醒序列，先使用RESUME_INTERNAL唤醒设备本身，然后进入远程唤醒状态RESUME_START，远程唤醒的操作就是把USB控制寄存器的第4位置1，然后等待10ms把USB控制寄存器的第4位置为0，最后进入RESUME_OFF状态，设备的一次远程唤醒请求完成。
注：USB总线由SUSPend状态切换回CONFIGURED状态实际上是由Host决定的，Device只能发送唤醒序列，然后等Host返回ClearFeature之后才能真正的唤醒USB，回到正常的CONFIGURED状态。

RESUME函数参考示例：

/*******************************************************************************
 * @fn       Resume
 *
 * @brief    This is the state machine handling resume operations and
 *                 timing sequence. The control is based on the Resume structure
 *                 variables and on the ESOF interrupt calling this subroutine
 *                 without changing machine state.
 *
 * @param    a state machine value (RESUME_STATE)
 *                  RESUME_ESOF doesn't change ResumeS.eState allowing
 *                  decrementing of the ESOF counter in different states.
 *
 * @return  None.
 */
void Resume(RESUME_STATE eResumeSetVal)
{
  uint16_t wCNTR;

  if (eResumeSetVal != RESUME_ESOF)
	{
   ResumeS.eState = eResumeSetVal;
	}
	
  switch (ResumeS.eState)
  {
    case RESUME_EXTERNAL:
      if (remotewakeupon ==0)
      {
        Resume_Init();
        ResumeS.eState = RESUME_OFF;
      }
      else 
      {
        ResumeS.eState = RESUME_ON;
      }
      break;
			
    case RESUME_INTERNAL:
      Resume_Init();
      ResumeS.eState = RESUME_START;
      remotewakeupon = 1;
      break;
		
    case RESUME_LATER:
      ResumeS.bESOFcnt = 2;
      ResumeS.eState = RESUME_WAIT;
      break;
		
    case RESUME_WAIT:
      ResumeS.bESOFcnt--;
      if (ResumeS.bESOFcnt == 0)
        ResumeS.eState = RESUME_START;
      break;
			
    case RESUME_START:
      wCNTR = _GetCNTR();
      wCNTR |= CNTR_RESUME;
      _SetCNTR(wCNTR);
      ResumeS.eState = RESUME_ON;
      ResumeS.bESOFcnt = 10;
      break;
		
    case RESUME_ON:    
      ResumeS.bESOFcnt--;
      if (ResumeS.bESOFcnt == 0)
      {
        wCNTR = _GetCNTR();
        wCNTR &= (~CNTR_RESUME);
        _SetCNTR(wCNTR);
        ResumeS.eState = RESUME_OFF;
        remotewakeupon = 0;
      }
      break;
			
    case RESUME_OFF:
			
    case RESUME_ESOF:
			
    default:
      ResumeS.eState = RESUME_OFF;
      break;
  }
}

2 MCU唤醒之后引起USB异常的几个点

我在调试好键盘功能之后就开始着手做MCU的休眠，但是在调试的过程中发现了一些新的问题。
注：我用的MCU是ch32v203，这个MCU是一款国产IC，应该是参考了stm32设计的，无论是硬件还是软件都极其相似，因此，如果改用stm32或者其他stm32的替代方案可能也会有类似的问题。

1、不能在USB中断服务函数里面让MCU进入休眠。
收到PC端传过来的休眠信号之后，会进USB中断，然后进入挂起状态(SUSPend)，我测试的时候图方便直接在中断里面让MCU进入了停机模式，结果MCU唤不醒了，可能是因为唤醒之后要从睡眠那行代码继续往后跑，但是因为睡眠是在中断服务函数里面的，唤醒之后进不了这个中断了，也就没法继续往下跑了。

2、睡眠之前要失能窗口看门狗。
这个问题有点莫名其妙，窗口看门狗是挂在APB1时钟上面的，MCU进入休眠的时候会关闭APB1时钟，所以看门狗是不会影响休眠和唤醒的，实际上也是MCU休眠和唤醒的功能也是正常的，休眠之前USB和看门狗也是正常的，但是如果休眠时不先关闭看门狗时钟，唤醒之后就会出现USB通讯异常的情况，我一时间也没搞懂是什么原因，唯一有关联的是USB和看门狗都是挂在APB1下面的，有大神可以解答一下我的疑惑吗？

3、MCU休眠只能选择WFE，选择WFI的话USB无法唤醒MCU。
普通外部中断唤醒(EXTI0-15)不管用WFI还是WFE都是可以正常使用的，USB中断(EXTI18)在MCU休眠之前也是可以正常使用，但是一旦MCU通过WFI进入休眠之后，就无法通过USB中断唤醒了，这个时候哪怕通过其他外部中断唤醒了MCU，USB也还是无法恢复正常通讯。
如果是用WFE则没有这个问题，这就很奇怪了，中断配置我也检查过很多次了，并没有发现什么问题，最后没办法就只能用WFE了。