原创 LM3S3748的评估及开发过程之感触

LM3S3748的评估及开发过程之感触

注：本文仅代表本人的评估观点！类似“无责任书评”吧。

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最近，有几个设计项目需求都是要求在嵌入式项目中实现USB Device或USB Host功能的。尤其是3G数据交换平台的方案更是要求，用到有USB Host功能的MCU来驱动3G
Modem模块。当然，传统的MCU的方案也不少，S3C2410就是典型的例子。可是S3C2410从系统价格（整体BOM还是偏高一些）到生产（BGA焊接）对于一些产品来说还是有些困难。

凑巧有Luminary的代理商到我这里来推荐新的CortexM3系列MCU。当介绍到LM3S3xxx功能时，它的USB接口功能使我眼前一亮：

50MHz的CortexM3，约等于传统的60MIPS，

USB接口可以配置为Device或Host功能。

演示及开发系统功能完善，有完整的USB 库。

另外，我曾经参与过别的朋友的项目。他们就是用LM3S1xx系列实现的产品，从他们开发的过程看，这系列的MCU对开发系统要求简单。而且，Luminary结构清晰的RDK API分层方式，也是大多数嵌入式开发人员所推崇的。况且他们的那款使用Luminary
MCU的产品已经量产。

嗯，这款MCU值得一弄呀!

通过关系，弄来了原装的LM3S3748
EVB板。精致的塑料盒外包装，打开来一看：有个带LCD的屏的开发板，USB线，一支评估用的U盘，还有评估软件光盘。

安装好光盘的内容，里面的信息还是很全呀，从RDK到AN，Datasheet都有。

先看Datasheet吧，功能都了解一下。这次只要关注接口功能和电源管理两个方面。各方面指标都很满意。尤其是电源管理方面应该是这款MCU的亮点。

重点参考Datasheet的第7章，Hibernation Module部分：

LM3S3748系统电源管理设计简单，MCU只要求IO电源VDD=3.3V，Core电源VDD25=2.5V，模拟ADC部分电源VDDA=3.3V，后备电池电源VBAT=3V。

LM3S3748有Run Mode，Sleep Mode，Deep Sleep Mode，Hibernate Mode四种工作模式。从下表来看，功耗完全符合一般锂电池供电手持式设备的功耗要求。系统进入Hibernate Mode后，HIB输出低，将系统电源的En端拉低，内部只由RTC部分工作。由外部后备电池供电。系统要重新启动，只要将WAKE拉低。HIB就会输出高，系统重新上电，复位。看起来很简单呀！（各位问题就会出在这里，继续关注我的体会吧）。

以下是我几天中学习RDK的一些笔记。当然在开发板上跑例程和USB功能就不用多说了，一切都很顺利。刷LCD也很方便，RDK都整理好了。SSI接口有SPI模式，可以驱动T-Flash卡。而且还在EVB上面跑了uC/OS-II的例程。Luminary的文档功夫确实让咱们佩服。

LM3S3748

封装 ：参考Datasheet P674  LQFP-100

GPIO: 参考Datasheet P250  PA0~7,
PB0~7,PC0~7,PD0~7,PE0~7,PF0~7,PG0~7,PH0~3

共40个GPIO。

USB 接口： 参考Datasheet P503

■ 支持USB 2.0 Full-speed Host or Device

■ Three configurable endpoints(1-3) with a
dynamic sizable FIFO support multiple packet queueing.(3 receive and 3 transmit
configurable endpoints)

■ 1 dedicated bi-directional control endpoint

■ 4KB dedicated endpoint memory

■ DMA access to the FIFO allows minimal
interference from system software.

学习步骤：

1.       
研究LM3S3748 Driver Library包，

ROM_xxx（） 表示利用芯片内部ROM Table中包含的函数，这样可以减少对Flash空间的占用。

也可以使用MAP_xxx（）对代码进行Complie-time自动配置，如果芯片内部有ROM 则编译时将MAP_xxx（）函数自动编译为ROM_xxx()函数；如果芯片内部无ROM则将MAP_xxx()函数编译为Flash空间中的xxx()函数。

参考
PDL_LM3S-UG-3047.pdf P330 “Mapped
ROM Calls”

2.       
EK-LM3S3748_EvalBoard
User’s Guide

EVB上LM3S3748的程序下载是通过FIDI的USB接口，通过FIDI的UART与LM3S3748的Uart0连接。实现从Uart0下载的。???

参考 EK-LM3S3748_EvalBoard.pdf P26 的VCP_RX,VCP_TX信号。

   可以使用工具：LM Flash Programmer

         从原理图上看是通过FIDI的输出的JTAG，再经过CPLD，将JTAG转给LM3S3748的。

         通过Keil
C选择

         EVB上的USB接口上有个模拟开关。开关的切换用PH2控制（不是PB0）。

HOSTEn Low= USB Host selected

HOSTEn High＝ USB
Device selected

3.       
USB部分

USB Library 参考 PDL-USBL-UG-3047.pdf

包括四类函数集：

■     
Device
和Host应用都会用到的通用目的函数。这些函数包括解析USB Descriptors 和设置应用下的操作模式的函数。

■     
Device设备会用到的不依赖设备类特性的函数。例如，Host信号连接及标准Descriptor相应。

■     
Host
设备会用到的不依赖设备类特性的函数。例如，Device设备检测及媒举，端点管理。

■     
帮助特定USB类设备开发的特定类函数（Class specific functions）和数据类型（data
types）。

PDL_LM3S-UG-3047.pdf
是LM3S DriverLibrary 应用指南。

LM3S的USB controller对应的角色：Device（USBDev），Host（USBHost），OTG（USBOTG），USBEndpoint，USBFIFO。

首先要熟悉BootCode，参考PDL-LM3S-UG-3047.pdf  P17 “Boot
Code”

在Keil开发环境下，BootCode在Startup.S文件中。在这个文件中，我们必须分配中断句柄 Interrupt handler 给相关的中断函数。

参考下面的代码：

;******************************************************************************

;

; External
declarations for the interrupt handlers used by the application.

;

;******************************************************************************

        EXTERN 
IntGPIOa     ；要在其它.c 文件中实现IntGPIOa
中断函数

        EXTERN 
IntGPIOb     ；要在其它.c 文件中实现IntGPIOb
中断函数

        EXTERN 
IntGPIOc     ；要在其它.c 文件中实现IntGPIOc
中断函数

Using USB with
the uDMA Controller

uDMA 控制器不能访问控制端点0,其它端点都可以访问。

注意：

USB host IN and
USB device OUT 端点都使用uDMA 接收(receive)
Channel;

USB host OUT and UsB device IN 端点都使用uDMA
发送(transmit) Channel.

在配置端点的同时也需要配置DMA。

USB Controller应用： P285

在DriverLib\usblib 下是USB部分的驱动源码。

Luminary 的USB相关的驱动API函数分为不同级别的4层：

■     
Device
Class APIs

■     
Device
Class Driver APIs

■     
The
USB Device API

■     
The
USB DriverLib API

USB DriverLib
API

USB DriverLib是USB设备栈的最底层，全部的源码都在usb.c和usb.h中。由于DriverLib API是USB
Controller硬件寄存器上包的最薄的一层API，因此没有提供任何高层的USB传输支持（例如，端点0传输处理，标准描述符及请求处理，等等）。这层API不适合作应用程序接口。但是很适合用这层API作适合的接口，例如，第三方的USB协议栈。

USB Device API

         USB Device API提供了允许开发全特性USB Device应用的一组函数。这些函数多是设备类不相关的。USB Device API支持通过从主机发出的标准请求实现设备媒举。

USB Device API可以用来开发USB设备类驱动。当开发USB Device API时，有时也必须调用USB DriverLib API。

USB Device API的头文件在device/usbdevice.h

Qs-scope 例程就是应用USB
Device API与Windows PC上的应用通讯。

USB Device Class
Driver APIs

         Device Class Driver提供了一种高层的USB函数。这些函数在不用考虑USB传输控制的情况下提供一定的USB特性。这些驱动为常用的USB 设备类提供了具有以下特性的高层API函数：

■     
容易使用。设备的建立紧调用一系列静态的数据结构而且仅需要调用一个初始API

■     
可轻松客户化定制VID/PID，电源参数和字符串表，不用修改任何的库代码。

■     
一致的接口。所用的设备类驱动都使用同样的API。这样在各设备类间切换就非常方便了。

■     
最少的应用扩展。？？？

■     
可以使用可选的USB Buffer对象来更简化数据传输和接收。使用USB Buffers与Device Class Driver交互可以使其变得像读写API一样简单。而不用考虑用状态机来确认数据是被传输了还是正在发送。

■     
Device
Class Driver API完全覆盖了下层的USB Device和USB Driver API，因此在应用开发时只需要一个简单的API接口。

了解了以上的信息，应用开发者在使用Device Classs Driver API时更要注意下面的限制：

■     
在应用中仅允许出现一个Device Class Driver

■     
现有的class driver 不支持复合设备。如果应用希望支持多于一个USB Class就必须直接调用USB Device API。或者是参考现有的Class Drivers再开发一个复合需要的、Class Driers

■     
目前提供的device class drivers不支持转化配置信息。

目前提供的Device Class Driver支持创建通用的Bulk设备，Communication
Device Class(virtual serial port)device和
Human Interface Device Class device（mouse,
keyboard，joystick，etc）

参考PDL-USBL-UG-3047.pdf P134 Using the USB Device API

来写一个USB Mass storge Device设备

         如果现有的USB
Device Class Driver不能适合你的应用，就需要用更底层的USB Device API。USB Device API会更灵活的解决更多的问题。使用USB Device API创建一个设备应用会经历下面几步：

■     
创建 Device,configuration，interface和endpoint
描述符结构来描述你的设备

■     
为你的设备从USB library 接收的每个关心的USB events写事件句柄（Handler）函数

■     
调用USB Device API 将设备连接到总线并且管理标准的Host交互。

USB Device API开发相关的几个资源的应用要弄清楚：

1. 描述符如何创建，描述符如何被USB Library调用？

2. USB Buffer 如何分配？

3. USB Event如何理解？各类事件的句柄是如何关联的？

4. uDMA是如何初始化及操作的？

第一步，创建描述符（Building Descriptors）

         tDeviceInfo定义：

typedef struct

｛

         tCustomHandlers sCallbacks;

const unsigned char * pDeviceDescriptor;

const tConfigHeader
*const *ppConfigDescriptors;

const unsigned char *const *ppStringDescriptors;

unsigned long ulNumStringDescriptors;

const tFIFOConfig *psFIFOConfig;

｝tDeviceInfo

         USB Device API管理所有标准USB描述符。这些描述符通过tDeviceInfo机构中的四个数据域提供给Library。USBDCDInit()会调用tDeviceInfo。相关的数据域是：

■     
pDeviceDescriptor

■     
ppConfigDescriptors

■     
ppStringDescriptors

■     
ulNumStringDescriptos

所有的描述符都以指针的形式指向unsigned Character类型的数组。对于特定的描述符的例程可以参考每个USB device class driver主程序源文件（例如，对于generic bulk device class driver 可以参考device/usbdbulk.c）或者在qs-scope
应用例程中的usbdescriptors.c。

tDeviceInfo.pDeviceDescriptor

这个数组保存了USB
Device API返回给Host的GET_DESCRIPTOR(DEVICE)请求的device descriptor。下面是USB
Masstorage device的device descriptor例程：

const unsigned char g_pDeviceDescriptor[]=

{

    18,                         // Size of this
structure.

   
USB_DTYPE_DEVICE,       // Type of
this structure.

   
USBShort(0x200),            // USB
version 2.0

    0,                          // USB Device Class

    0,                          // USB Device
Sub-class

    0,                          // USB Device
protocol

    64,                         // Maximum packet size
for default pipe.

   
USBShort(0x7104),           //
Vendor ID (VID).

    USBShort(0xf0ff),            // Product ID (PID).

   
USBShort(0x100),            //
Device Version BCD.

    1,                          // Manufacturer
string identifier.

0,                          // Product string
identifier.

2,                          // Product serial
number.

1                           // Number of
configurations

｝

描述符结构中用到的宏定义和标号包含在usblib.h头文件或特定的device
class 头文件，例如：usbhid.h和device/usbhid.h 头文件包含HID
类中的特定值。

tDeviceInfo.ppConfigDescriptors

           相对于一个设备描述符而言，多个配置描述符需要通过ppConfigDescriptors指向一个指向tConfigHeader结构的指针数组。pDeviceDescriptor 域中的最后一项定义了配置的数量。

           为了更灵活的定义复合设备，不同的配置描述符也定义在一个结构数组中（tConfigHeader）。tConfigHeader结构由数量和一个指向tConfigSection结构数组组成。

typedef struct

{

           unsigned
char ucNumSections;

     const tConfigSection *const *psSections;

}tConfigHeader

typedef struct

{

           unsigned
char ucSize;

     const
unsigned char *pucData;       //A pointer to a block of data containing an intergral
number of USB descriptors which form part of a larger configuration descriptor;

}tConfigSection

tConfigSection 真正包含了要向Host反馈的配置描述符信息。

下面的例程提供了一个USB Mass Storage Device 的配置描述符结构。这个例程提供了一个包含一个接口和使用两个BULK端点（一个IN,一个OUT）的单一配置。

在本例程中，我们说明了如何使用多个Section去构建一个配置描述符。

注意，描述符域中的wTotalLength 中的值无需准确，因为在最终Build 描述符时USB library会根据Section中的内容自动计算这个值。

const unsigned char g_pMscConfigDescriptor[] =

{

    //

    //
Configuration descriptor header.

    //

    9,                          // Size of the
configuration descriptor.

   
USB_DTYPE_CONFIGURATION,    //
Type of this descriptor.

    USBShort(32),               // The total size of this full
structure.

    1,                          // The number of
interfaces in this

                                //
configuration.

    1,                          // The unique value
for this configuration.

    0,                          // The string
identifier that describes this

                                //
configuration.

    0x80,                       // Bus Powered, Self
Powered, remote wakeup.

    0xC8,                       // The maximum power in 2mA
increments.

    //

    //
Vendor-specific Interface Descriptor.

    //

    9,                          // Size of the
interface descriptor.

   
USB_DTYPE_INTERFACE,        //
Type of this descriptor.

    0,                          // The index for this
interface.

    0,                          // The alternate
setting for this interface.

    2,                          // The number of
endpoints used by this

                                // interface.

    0x08,                   // The interface class   USB Mass Storage

    0x06,                   // The interface sub-class. 使用的子类，为简化块命令

    0x50, // The
interface protocol for the sub-class使用的协议，这里使用单批量传输协议

                                // specified
above.

    0,                          // The string index
for this interface.

    //

    // Endpoint
Descriptor

    //

    7,                               // The size of
the endpoint descriptor.

   
USB_DTYPE_ENDPOINT,             
// Descriptor type is an endpoint.

   
USB_EP_DESC_IN | USB_EP_TO_INDEX(DATA_IN_ENDPOINT),

   
USB_EP_ATTR_BULK,               
// Endpoint is a bulk endpoint.

   
USBShort(DATA_IN_EP_MAX_SIZE),  
// The maximum packet size. 64bytes

    0,                               // The polling
interval for this endpoint.

    //

    // Endpoint
Descriptor

    //

    7,                               // The size of
the endpoint descriptor.

   
USB_DTYPE_ENDPOINT,             
// Descriptor type is an endpoint.

   
USB_EP_DESC_OUT | USB_EP_TO_INDEX(DATA_OUT_ENDPOINT),

   
USB_EP_ATTR_BULK,               
// Endpoint is a bulk endpoint.

   
USBShort(DATA_OUT_EP_MAX_SIZE), 
// The maximum packet size. 64bytes

    0,                               // The polling
interval for this endpoint.

};

关于USB Device的中断处理：参考 PDL-USBL-UG-3047.pdf

P139 “USB Event Handlers”

P144 “Interrupt Vector Selection”

typedef struct

｛

         tCustomHandlers sCallbacks;

const unsigned char * pDeviceDescriptor;

const tConfigHeader
*const *ppConfigDescriptors;

const unsigned char *const *ppStringDescriptors;

unsigned long ulNumStringDescriptors;

const tFIFOConfig *psFIFOConfig;

｝tDeviceInfo

USB device 应用主要实现一些响应USB事件的callback函数。这些Callback函数通过USBDCDInit()函数调用的tDeviceInfo.sCallbacks传递给USB Device API。

sCallbacks 是tCustomHandlers类型的数据结构。每个tCustomHandlers都包含一组USB event的函数指针。应用必须为每个关心的Event提供可用函数指针的表。对于不关心的event将对应的函数指针设置为NULL。

typedef struct

{

         void (*pfnGetDescriptor)
(unsigned long ulIndex,

                          tUSBRequest
*pUSBRequest);

         tStdRequest pfnRequestHandler;

tInterfaceCallback pfnInterfaceChange;

tInfoCallback pfnConfigChange;

tInfoCallback pfnDataReceived;

tInfoCallback pfnDataSent;

tUSBIntHandler pfnResetHandler;

tUSBIntHandler pfnSuspendHandler;

tUSBIntHandler pfnResumeHandler;

tUSBIntHandler pfnDisconnectHandler;

tUSBEPIntHandler pfnEndpointHandler;

}tCustomHandlers

USB FIFO的配置  参考 PDL-USBL-UG-3047.pdf 
P143 “USB
FIFO Configuration”

USB 控制器FIFO 必须被合理的分配给各个端点。尽管实际的配置是通过USB Library完成的，应用程序也必须传递一个结构给USB Library以表示FIFO的配置情况。tFIFOConfig 结构包含两个数组，第一个数组表示3个IN 端点的FIFO配置参数，第二个数组表示3个OUT端点的FIFO配置参数。EP0使用固定的FIFO配置，不需要考虑。

typedef struct

{

         tFIFOEntry sIn[NUM_USB_EP-1];

tFIFOEntry sOut[NUM_USB_EP-1];

}tFIFOConfig

一个tFIFOConfig的指针通过tDeviceInfo结构中的psFIFOConfig传递给USBCDCInit()函数。

如果应用不希望使用DMA或双Buffer等特殊的Features，可以使用g_sUSBDefaultFIFOConfig来初始化FIFO。

如果缺省的FIFO配置不能满足，就需要声明一个新的tFIFOConfig结构并用psFIFOConfig指向这个结构。

所有USB Device API的应用程序都必须将中断向量表中的硬件USB控制器的中断函数设置为USB0DeviceIntHandler

经过以上的一番折腾，我觉得自己对LM3S3748有了一定的了解。最近有个手持机的设计需求到了我手上，打开看看。

部分设计需求跟大家分享一下：

系统接口：

1．  
LCD
I/F：可以驱动TFT LCD, OLED 128*64,  1.8,2.8, 3.2

2．  
USB:
Host x1 接3G Modem

3．  
I2S
x1 用来接外部Audio CODEC. 用以支持录音和播放

4．  
Audio:
Mic x1, Lineout x1, Speaker out x1

5．  
SD
x1 : MicroSD

6．  
SPI
x2 : 一路接WiFi，一路接其他外设

7．  
马达驱动：水平马达，垂直马达

8．  
键盘：5*5键盘（一个独立的开机按键）

9．  
RTC
x1

10．I2C
x1:

11．Charger x1

12．Uart x2

电源管理：

1．600mAh锂电池：3.8V电压。支持300mA充电（设计2小时充满），

2.       
RTC后备电池：3V，系统支持休眠唤醒模式，支持充电模式。（要注意休眠唤醒切换过程中软件的稳定性）。支持定时开机唤醒功能。

3.       
工作续航：6小时。待机续航1周。

再考虑整个系统的BOM成本和量产，开发工具的特点，我觉得比较有底了。决定用LM3S3748来做主控MCU。然后，就是常规的开发步骤：首先，从原理图开始。原理图进行到一半。我忽然觉得应该去Luminary的网站下载最新的资料看看，也许Luminary被TI收购后会有新的变化。下载新的EVB光盘后，仔细看过新Datasheet后，发现errata文件。

相关Errata文档下载

看完之后马上汗下，这款MCU还真是有不少Bug。其中有三条基本是做手持设备不能容忍的：

1． 
Hibernation Module管理有问题：VBAT比VDD先上电，系统会有1.6mA的漏电。

2． 
休眠唤醒不能Debug！这让人怎么调试这些状态呢。干跑程序？

3． 
一些PIN的ESD连HM 2KV都不能达到。

4． 
USB接口部分有些很奇怪的要求。懒得细琢磨他们的USB PHY了。

看完这个errata文档，我那个痛苦呀！辛苦半天评估的过程，基本泡汤了。我可不会冒险再继续调试它的电源管理部分了。

手持机项目还要继续…我会选择另一款CortexM3的MCU进行开发，请大家继续关注。

frm说：虽然，LM3S3748从目前的版本看，不太适合手持设备。但是，如果是对电源管理要求不高的系统到是可以尝试。它的特点就是USB应用比较容易上手。

另，我们今后一定要关注各类MCU的最新动态，errata是必看的。这都是原厂的开发人员辛苦调试的结果。也能使我们的开发少走弯路！

相关文档下载：

本文全文下载

EKK-LM3S3748 CD光盘下载

Luminary原理图库

LM3S3748 跑uC/OS-II的例程下载

我未完成的原理图下载，仅供大家参考！