LPC5500/LPC54600系列双USB接口介绍

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LPC5500/LPC54600系列双USB接口介绍

1 简介
1.1 Dual-USB 介绍
LPC4300系列、LPC54000系列和LPC5500系列包含称为双USB接口的功能。该功能有助于将LPC产品组合与竞争对手区分开来。这些型号中的大多数，如LPC5500系列，都有带片上内置PHY的高速（HS）USB和全速（FS）USB。双USB型号提供高达480Mbit/s的吞吐量，可满足任何MCU应用的高速数据传输要求。与仅使用 FS USB PHY 的竞争对手不同，双USB型号同时包含FS和HS片上PHY，这可以大大降低设计复杂性。

双USB接口支持许多有趣且有用的应用，如 LPC5500 MCU 系列。
1.2 USB 历史记录、标准和速度定义
USB实施者论坛（USB-IF）是一家维护USB文档和合规程序的非营利组织，负责监管USB。USB规范经历了多次修订。
1. USB 1.0于1996年1月定稿。原始规格仅包括两种速度的支架：
• 低速（LS）：支持1.5Mb/s
• 全速（FS）：支持12Mb/s
2. USB 1.1于1998年开发。在这次修订中，对USB 1.0规范进行了一些澄清和改进。
3. USB 2.0于2000年4月发布，接下来发生了重大变化。在这次修订中，规范中增加了一个新的速度，即高速（HS）。速度高达480Mb/s。此规范版本向后兼容USB 1.1和1.0。
4. USB 3.0于2008年11月发布，并保持了相同的向后兼容性。此版本提供了高达5Gb/s的速度。USB 3.0还提供了一个新的物理连接器。

5. 最近，USB-IF宣布了USB 3.1的计划，届时速度将提高到10Gb/s。

2 为什么使用高速USB
HS USB的性能增强取决于USB 2.0标准的新功能。
2.1 低延迟的中断传输
在FS/LS USB中，1毫秒的帧速率用于多种用途，例如调度对总线的访问，并用作中断和同步传输的定时基准。对于HS，引入了更高的帧速率，同时仍保持与现有1 kHz速率的关系。HS使用125us长的微帧（每毫秒8个微帧）。通过在八个连续的微帧中重复每个帧编号，在HS-SOF分组中保持与1ms帧编号的对应。HS可能指定每个微帧最多三次同步或中断传输。FS每帧传输一次，提供192MB/s的最大同步或中断传输速率。

2.2 较大长度的数据包
LS、FS和HS的最大数据包大小见表 2。

2.3 USB HID 鼠标应用程序示例
大多数市面上的USB鼠标使用125Hz的更新频率，可以满足一般要求。但进入电子竞技游戏鼠标领域时，125Hz的更新速度不够
快。
USB鼠标使用USB HID类（中断传输）。图 4显示了市场上典型的 FS USB 鼠标延迟。
A1是按下鼠标按钮的时间，A2是USB向PC发送HID报告的时间。如图 4所示，延迟可能高达6毫秒（125Hz报告速率）。在最坏
的情况下，延迟可能达到8毫秒。

在对HS USB进行相同测试时，报告速率配置为最大8kHz，延迟为119us。在最坏的情况下，延迟只有125us。

中断传输间隔也可以从USB数据线信号中看出：
• 在FS USB中：最小中断传输间隔为1毫秒。
• 在HS USB中：中断传输最小间隔可达到41.6us（125/3us，参见低延迟的中断传输）。在大多数用例中，125us间隔足够快。

3 使用SDK开始USB演示
本节提供了一个实践指南，帮助您开始使用SDK评估USB演示。让我们以LPC55S69为例。LPC55S69 EVB板有四个USB微型连
接器：P10、P5、P9、P6。

3.1 USB 堆栈配置
3.1.1 启用/禁用双USB端口
在USB0（FS）和USB1（HS）之间切换。Change the macro in usb_device_config.h.
• 要启用/禁用 USB1，change USB_DEVICE_CONFIG_LPCIP3511HS to 1/0。
• 要启用/禁用 USB0，change USB_DEVICE_CONFIG_LPCIP3511FS to 1/0。
3.2 硬件连接
• 对于USB0（FS）演示，请将P10连接到PC。
• 对于USB1（HS）演示，请将P9连接到PC。
• 要下载和调试固件，请将P6连接到PC。
• 如果您有三根USB电缆，可以将所有三个USB接口连接到PC。
• 建议直接将USB端口连接到PC USB端口，而不是通过USB集线器。
3.3 USB 设备示例
3.3.1 HID 鼠标示例

演示项目位置：

1. \boards\lpcxpresso55s69\usb_examples\usb_device_hid_mouse

复制代码

HID传输间隔在端点描述符的bInterval字段中控制。
对于FS/LS中断端点，此字段的值可能在1到255之间。
• 修改FS_HID_MOUSE_INTERRUPT_IN_INTERVAL 值，它在 usb_device_descriptor.h. 例如：
将FS HID传输间隔更改为2毫秒。

1. #define FS_HID_MOUSE_INTERRUPT_IN_INTERVAL (0x02U)

复制代码

对于HS中断端点，bInterval 值用作2 ^(bInterval-1) 值的指数。该值必须在1到16之间。
• 修改 HS_HID_MOUSE_INTERRUPT_IN_INTERVAL 值，它在 usb_device_descriptor.h.
例如，bInterval为6，意味着间隔为(2^(6-1)) = 32 *125 us = 4 ms.

1. #define HS_HID_MOUSE_INTERRUPT_IN_INTERVAL (0x06U) /* 2^(6-1) = 4ms */

复制代码

将高速HID传输间隔更改为4毫秒。
如果bInterval值改变，鼠标移动速度也会改变。此外，在使用HS端口时，您可以配置为 bInterval 1 达到125us帧间隔。
• 对于FS端口，最小帧间隔为1毫秒。
• 对于HS端口，最小帧间隔为125us。
详细信息，可参见USB游戏鼠标示例。

3.3.2 MSC示例
演示项目位置：

1. \boards\lpcxpresso55s69\usb_examples\usb_device_msc_ramdisk

复制代码

更改宏：

1. #define TOTAL_LOGICAL_ADDRESS_BLOCKS_NORMAL (360U)

复制代码

然后，RAM磁盘大小可以满足 PC MSC 测试软件 CrystalDiskMark 的最低要求。
• FS USB：Buck传输速度可达1.14MB/s。测试结果见图 9。

• HS USB：Buck传输速度可达24MB/s。测试结果见图10

有关详细信息，请参阅 USB HID 鼠标应用程序示例。
4 硬件设计
FS和HS USB端口都包含片上PHY，使原理图设计更加简单。图11和图12是FS和HS端口的示意图参考。

对于USB时钟源：
• 用于设备操作的FS USB端口。外部晶体是可选的，因为FS USB设备支持无晶体操作。


5 总结
本应用说明讨论以下主题:
1. LPC54600和LPC5500系列中的双USB功能介绍。
2. HS和FS USB的比较以及使用HS USB的优势。
3. 使用MCUXpresso SDK（LPC5500系列）探索USB功能的实践指南。
4. LPC54000和LPC5500系列的USB硬件设计提示。

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mgn

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mgn

我们加油站 的公众号能转发么？

NXP管管

mgn 发表于 2022-5-11 17:12
我们加油站 的公众号能转发么？

可以，直接发

leo121_3006061

非常好的资料，谢谢分享

sumoon_yao

不错的资料，学习了

stm1024

感谢分享，不过USB协议确实挺有难度的~~

流水源

这个好，学习学习。USB好多种类设备协议

what12

不错的资料，学习了

风云_e80330

你好，我按照你的配置改了 USB_DEVICE_CONFIG_LPCIP3511HS (1)；使用的是 HID doem ，开发板是lpc5528-evk，HS usb不行呀。