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【翻译】了解嵌入式 USB2 (eUSB2) 及其用途

对更高处理能力和更低功耗的需求正推动处理器和片上系统 (SoC) 向更先进的低工艺节点发展。对于适用于手机、平板电脑和笔记本电脑的 1.2V 供电 SoC 而言，使用 USB 2.0 接口面临挑战，因为难以支持 3.3V 的 I/O 单元。因此，需要一种低电压 USB 2.0 解决方案来弥补这一差距。

嵌入式 USB 2 (eUSB2) 物理层补充标准是 USB 2.0 规范的补充，旨在满足低电压、高能效 USB 2.0 PHY 解决方案的需求。它消除了小型工艺技术中对 3.3V I/O 信号的需求。

eUSB2 支持 USB 高速、全速和低速三种运行模式，并满足 USB 2.0 L1/L2 链路的电源管理要求。此外，eUSB2 无需对现有的 USB 2.0 软件编程模型进行任何更改。eUSB2 也采用与 USB 2.0 D+ 和 D- 相同的双数据线配置 eD+ 和 eD-。eUSB2 不会影响 Vbus 和电源传输。

eUSB2 PHY 的主要特性：

支持高速、全速和低速运行
支持单端数字低压信号
支持在原生模式下选择单速配置（USB设备通常支持多个速度等级（如Low Speed、Full Speed、High Speed等），连接时会进行速度协商，从最高速度开始尝试，逐步降级，设备需要实现多套PHY和协议栈。这里提到的eUSB的单速度配置，指的是eUSB设备在设计时就预先确定一个特定的速度等级，不进行动态速度协商，只实现该特定速度所需的硬件和软件。这样，设备可以只实现一套Phy 电路，节省成本。）
支持基于中继器架构的 USB 2.0 操作
支持链路电源管理 LPM-L1 (L1) 和挂起 (L2)
支持 eUSB2 设备或中继器配置的寄存器访问协议 (RAP)
完全符合 USB 2.0 协议层基本规范
USB2.0软件编程模型没有变化
与 USB 2.0 定义的物理层不兼容
与 USB2.0 及其衍生标准定义的 USB2.0 连接器不兼容

eUSB2 有两种主要工作模式：原生模式和中继器模式。

原生模式

eUSB2接口可用于连接同一电路板上的两个设备，如下图所示，其中主机SoC连接到设备SoC。这称为原生模式。原生模式是USB主机和设备之间专用的内部连接。

中继模式

虽然原生模式解决了低电压和低功耗连接的难题，但 eUSB2 信号与 USB2 信号不兼容，因此无法与外部 USB 端口兼容。这就需要 eUSB2 中继器模式。任何支持 eUSB2 的 SoC 都可以与 eUSB2 中继器配合使用，以保持与 USB 生态系统（包括主机、集线器和设备）的互操作性和向下兼容性。

从上面的拓扑图中可以看出，eUSB2 中继器是一个用于在 eUSB2 信号和 USB2 信号之间进行转换的组件。eUSB2 中继器还可以分为两种类型：eUSB2 主机中继器和 eUSB2 外设中继器，如图所示，以方便连接各种类型的设备。

如果用高速公路系统做一个类比的话：
主机中继器 = 高速公路收费站和调度中心（管理交通流量，决定路线）
外设中继器 = 各个出入口匝道（只负责车辆进出，不做路线规划）
可以看到，通常情况下，我们需要的只是外设中继。

Cadence 拥有成熟的验证 IP 解决方案，可用于验证 eUSB2 设计中原生模式和中继模式的各种方面和拓扑结构。更多详情，请参阅Cadence eUSB2 VIP页面或发送电子邮件至support@cadence.com。

原文在：https://community.cadence.com/cadence_blogs_8/b/fv/posts/understanding-embedded-usb2-eusb2-and-its-usage

Step to UEFI (309）UEFI 下BMP转JPG 的程序

这次是一个比较完美的程序，可以在UEFI Shell 下将BMP图片转为 JPEG图片。项目来自 https://github.com/MikeWang000000/wsjpeg 。同样是一个单文件项目。

编译的时候加入了一些关闭 Warning 的动作，完整的 INF如下：

[Defines]
  INF_VERSION                    = 0x00010006
  BASE_NAME                      = BMP2JPG
  FILE_GUID                      = 4ea97c46-2026-0429-b445-747010f3ce5f
  MODULE_TYPE                    = UEFI_APPLICATION
  VERSION_STRING                 = 0.1
  ENTRY_POINT                    = ShellCEntryLib

#
#  VALID_ARCHITECTURES           = IA32 X64
#

[Sources]
  BMP2JPG.c
  
[Packages]
  StdLib/StdLib.dec
  MdePkg/MdePkg.dec
  ShellPkg/ShellPkg.dec
  MdeModulePkg/MdeModulePkg.dec
  
[LibraryClasses]
  LibC
  LibStdio
  DevShell
  LibMath
  
[BuildOptions]
  MSFT:*_*_*_CC_FLAGS = /wd4114 /wd4244 /wd4305

在模拟器中测试，使用方法是 bmp2jpg.efi [输入文件名] [质量0-100，从差到好]

100%质量压缩，源文件和压缩后的 JPG 基本上相同

选择 1%压缩后的结果明显变差：

完整的代码和测试数据在这里可以下载：

BMP2JPG 下载

设计一个简单的文件传输协议

1.文件头设计

Type	Seq	Length	Checksum
2 Byte	2 Bytes	2 Bytes	2 Bytes

2.包设计

a.文件信息包

Type	Seq	Length	Checksum	Protocol Version	FileName Length	FileSize	FileName
TYPE_FILE_INFO	00 00	包括文件头的总长度	2 Bytes	协议版本 1 byte	1 Byte	4 Bytes	N Bytes

b.数据包

Type	Seq	Length	Checksum	PayLoad
TYPE_DATA	NN MM	包括文件头的总长度	4 Bytes	XX Byte

c. 确认包

Type	Seq	Length	Checksum
TYPE_ACK	NN MM 收到的前面包序号	包括文件头的总长度	4 Bytes

d.结束包

	Seq	Length	Checksum
TYPE_END	NN MM	包括文件头的总长度	4 Bytes

为了验证上述协议，编写一个 C 代码，在 VS2019 中编译成功，使用串口通讯。理论上串口是流通讯，并不是基于包的通讯。但是实际上我们使用的USB 转串口模块之类的，存在一个缓冲区的问题，特别是对于速度很高的情况（例如，6Mbps）,收下来的数据都是先缓存在设备内部的，如果取走的速度比进入的速度快就会有数据丢失的问题。这种情况下，通讯包使用缓冲区一样大小的尺寸效率最高。

用于测试的C代码：

ftsrc 下载

编译后的 exe

ftexe 下载

使用方法：

发送：

FileTransferProtocolTest.exe -s com17 FileTransferProtocolTest.pdb

接收：

FileTransferProtocolTest.exe -r com16

VS2019 编译 7-Zip的方法

1.首先在官方网站下载 Source Code:https://7-zip.org/download.html

2.打开 VS2019 X64 (注意必须 native x64 command 窗口)

3.进入 cd CPP\7zip 目录下, 运行 NMake 即可

Step to UEFI (308）UEFI Shell 下的 PPM转JPEG 程序

经过大量的测试和研究，终于找到一个可以工作的代码，能够将PPM转为JPEG 格式（通过前面的文章，我们也知道PPM和BMP 区别不大）。

项目来自 https://github.com/schiermike/jpeg-encoder/tree/master ，只有一个文件，能将PPM 转为 JPG 格式。

代码很长，这里就不列出了，有兴趣的可以直接下载研究。

需要注意的是：

1.只能除了宽度是16整数倍的图片（实际使用中，通常的处理方法是先填充到16的整数倍，处理完成之后再裁剪）

2.代码颜色上应该还有一些问题，估计是颜色排列错误

处理后的结果是

3.测试 Lenna图片

处理之后的结果

4.代码对于 PPM 格式有一些要求，文件头的参数需要用 0x0A 来进行分割，如果换成 0x0D 之类的会报错。

完整的代码和测试数据下载：

PPM2JPG 下载

力科的 USB 抓包工具的小Bug

最近在Ch32V307上实现 USB Camera 的功能，使用之前的一个设计作为参考。结果在照抄的描述符的时候时偶然发现力科的USB T3 存在一个小Bug。

问题的描述为：描述符解析时，部分值不会反映的 Hex Value中：

最典型的是下面这个 GUID, 解析之后只有部分值，其余部分被丢掉了，如果你认为这个Field 的值为 0x32315659 只有4字节，会导致后续的描述符完全错位：

上面这种相对明显，因为明确知道GUID应该是 16Bytes，但是下面这个就比较隐蔽，如果只将 Hex Value拷贝出来，会导致对应的结构体会不够 12 Bytes。

因此，使用工具 Dump USB设备描述符，然后编写自己的描述符时，务必数一下最后的描述符长度。

ESP32S3+MSM261S4030H0+HT513 扬声器

去年使用ESP32S3+MSM261S4030H0+HT513 做了一个扬声器的项目。具体硬件设计可以在 https://oshwhub.com/arduinoai-hao-zhe/portable-speake 看到。

在使用的时候，遇到的一个问题就是MSM261S4030H0输出是32Bits(实际只有24Bits)。最近忽然想起来查了一下是否有机会按照 16Bits输出，搜索出来的资料说的是：只要设置 I2S Master按照16Bits 取即可。因为这个输出有效数据只有 24Bits，直接截断取前面的16Bit即可。

根据这个资料编写代码如下，工作正常。

#include &lt;Arduino.h>
#include &lt;Wire.h>
#include &lt;driver/i2s.h>

#define I2S_PORT1 I2S_NUM_0
#define I2S_PORT2 I2S_NUM_1
#define SAMPLE_RATE 16000
#define CHANNEL_FORMAT I2S_CHANNEL_FMT_ONLY_LEFT
//#define BITS_PER_SAMPLE I2S_BITS_PER_SAMPLE_32BIT
#define BITS_PER_SAMPLE I2S_BITS_PER_SAMPLE_16BIT

#define MIC_BCK_PIN 37
#define MIC_WS_PIN 38
#define MIC_DATA_PIN 36

#define SPK_BCK_PIN 15
#define SPK_WS_PIN 6
#define SPK_DATA_PIN 7
#define SPK_MCK_PIN 16

// HT513 音量
uint16_t Volume;
#define TOLENCE 16
#define HT513_ADDR_L 0x6c
/**
   @brief  ht513写寄存器
   @param  addr 寄存器地址
   @param  val 要写的值
   @retval None
*/
void HT513_WriteOneByte(uint8_t addr, uint8_t val)
{
  Wire.beginTransmission(HT513_ADDR_L);
  Wire.write(addr);
  Wire.write(val);
  int ack = Wire.endTransmission(true);
  Serial.print("Ack ");
  Serial.println(ack, HEX);
}

/**
   @brief  ht513读寄存器
   @param  addr 寄存器地址
   @retval 读取到的寄存器值
*/
uint8_t HT513_ReadOneByte(uint8_t addr)
{
  uint8_t temp = 0;

  Wire.beginTransmission(HT513_ADDR_L);
  Wire.write(addr);
  Wire.endTransmission(false);
  uint8_t bytesReceived = 0;
  bytesReceived = Wire.requestFrom(HT513_ADDR_L, (uint8_t)1, true);
  if (bytesReceived == 1) {
    temp = Wire.read();
  }
  else {
    Serial.println("Read Error ");
  }

  return temp;
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);

  delay(2000);

  i2s_config_t MIC_i2sConfig = {
    .mode = (i2s_mode_t)(I2S_MODE_MASTER | I2S_MODE_RX),
    .sample_rate = SAMPLE_RATE,
    .bits_per_sample = BITS_PER_SAMPLE,
    .channel_format = CHANNEL_FORMAT,
    .communication_format = I2S_COMM_FORMAT_I2S,
    .intr_alloc_flags = 0,
    .dma_buf_count = 8,
    .dma_buf_len = 64,
    .use_apll = false,
    .tx_desc_auto_clear = false,
    .fixed_mclk = 0
  };

  i2s_pin_config_t MIC_pinConfig = {
    .bck_io_num = MIC_BCK_PIN,
    .ws_io_num = MIC_WS_PIN,
    .data_out_num = I2S_PIN_NO_CHANGE,
    .data_in_num = MIC_DATA_PIN
  };

  i2s_driver_install(I2S_PORT1, &amp;MIC_i2sConfig, 0, NULL);
  i2s_set_pin(I2S_PORT1, &amp;MIC_pinConfig);

  i2s_config_t SPK_i2sConfig = {
    .mode = (i2s_mode_t)(I2S_MODE_MASTER | I2S_MODE_TX),
    .sample_rate = SAMPLE_RATE,
    .bits_per_sample = BITS_PER_SAMPLE,
    .channel_format = CHANNEL_FORMAT,
    .communication_format = I2S_COMM_FORMAT_I2S,
    .intr_alloc_flags = 0,
    .dma_buf_count = 8,
    .dma_buf_len = 64,
    .use_apll = false,
    .tx_desc_auto_clear = false,
    .fixed_mclk = 0
  };

  i2s_pin_config_t SPK_pinConfig = {
    .mck_io_num = SPK_MCK_PIN, 
    .bck_io_num = SPK_BCK_PIN,
    .ws_io_num = SPK_WS_PIN,
    .data_out_num = SPK_DATA_PIN,
    .data_in_num = I2S_PIN_NO_CHANGE
  };

  i2s_driver_install(I2S_PORT2, &amp;SPK_i2sConfig, 0, NULL);
  i2s_set_pin(I2S_PORT2, &amp;SPK_pinConfig);

  analogReadResolution(9);
  Wire.begin(18, 17);
  //  设置 SD 为LOW
  HT513_WriteOneByte(0x12, 0b11110000);
  // 设置数据格式为 I2S, 16Bits
  HT513_WriteOneByte(0x13, 0b00110000);

  // 读取音量设置
  Volume = analogRead(3);
  uint8_t Vol = (Volume, 0, 511, 0x07, 0xff);
  HT513_WriteOneByte(0x16, Vol);
  HT513_WriteOneByte(0x15, Vol);
  Serial.println(Volume, HEX);

  // 调整声道
  HT513_WriteOneByte(0x17, 0b10110000);

  Serial.println("++++++++++++++++");
  //  设置 SD 为HIGH
  HT513_WriteOneByte(0x12, 0b11110100);
  uint8_t Value = HT513_ReadOneByte(0x12);
  Serial.println(Value, HEX);
  Value = HT513_ReadOneByte(0x13);
  Serial.println(Value, HEX);
  Value = HT513_ReadOneByte(0x16);
  Serial.println(Value, HEX);
  Value = HT513_ReadOneByte(0x17);
  Serial.println(Value, HEX);
Serial.print(" starting");
 // dsp.beginAEC(256, 1024, 16000); // Initialize AEC with frame size, filter length, and sample rate
 // dsp.enableAEC(true);            // Enable AEC
}

int8_t mic[512], speaker[521], out[512];
  
void loop() {
  size_t bytesRead = 0;
  
  i2s_read(I2S_PORT1, &amp;mic, sizeof(mic), &amp;bytesRead, portMAX_DELAY);
  i2s_write(I2S_PORT2, &amp;mic, sizeof(mic), &amp;bytesRead, portMAX_DELAY);

  if (abs(analogRead(3) - Volume) > TOLENCE) {
    // 读取音量设置
    Volume = analogRead(3);
    //  设置 SD 为LOW
    HT513_WriteOneByte(0x12, 0b11110000);
    uint8_t Vol = map(Volume, 0, 511, 0x07, 0xff);
    HT513_WriteOneByte(0x16, Vol);
    //  设置 SD 为HIGH
    HT513_WriteOneByte(0x12, 0b11110100);
    Serial.print(analogRead(3), HEX);
    Serial.print("  ");
    Serial.print(Volume, HEX);
    Serial.print("  ");
    Serial.println(Vol, HEX);
  }
}

Step to UEFI (307）UEFI 下使用PRIu8 以及类似宏

上次的代码中碰到了C语言中的 PRIu8 ，这次专门研究了一下如何在代码中直接使用。

<inttypes.h> 是 C 标准库提供的头文件，其中有定义（例如EDK2 中的StdLib\Include\X64\machine\int_fmtio.h文件）：

#define	PRIu8		"u"	/* uint8_t		*/
#define	PRIu16		"u"	/* uint16_t		*/
#define	PRIu32		"u"	/* uint32_t		*/

它们C99 标准引入的格式说明符宏。可以通过下面的这种方法进行使用：

printf("Value: %" PRIu16 "\n", value);

在 C 语言中，当你编写多个字符串字面量（例如使用双引号括起来的字符串）在代码中相邻放置时，编译器会自动将它们连接起来形成一个单独的字符串,这被称作C 语言的字符串字面量的自动连接，所以上述代码展开后就是：

printf("Value: %u \n", value);

在EDK2 中编译一个简单的代码进行验证：

#include &lt;stdio.h>
#include &lt;stdlib.h>
#include &lt;string.h>
#include &lt;inttypes.h> 
#include &lt;Uefi.h>
#include &lt;Library/UefiLib.h>

#define LABZTest "LABZ"
int main(int argc, char *argv[]) {
    printf("Value: " LABZTest "\n");
    return 0;
}

模拟器中运行结果如下：

上述试验说明 VC2019 完全支持字符串字面量的自动连接。

所以理论上只要引用了inttypes.h 就可以使用PRIu8 这种宏定义，但是还是会遇到编译期的错误。经过研究发现 \StdLib\Include\inttypes.h 中相关引用是被注释掉的。下图中左侧是原始的代码，右侧是修改后的。完全无法理解原始代码要去掉这个引用，经过这样的修改即可正常编译和执行：

完整的测试代码：

#include <stdio.h>
#include <inttypes.h> 
#include <Uefi.h>
#include <Library/UefiLib.h>

int main(int argc, char *argv[]) {

    printf("Value: %" PRIu8 "\n",1234);

    return 0;
}

模拟器中测试，得到了期望的结果：

完整的代码下载：

PRIxTest 下载

NSPGD1M006DT04 测试模块

一、项目介绍

本项目使用表压传感器NSPGD1M006DT04，制作了一个模块，能够获得当前的气压。

很多年前，如果需要制作“吹气熄灯项目”，通常只能使用声音传感器，使用获取声音的方法来判断是否进行了吹气，显而易见这种方法要受到诸多影响。现在可以使用NSPGD1M006DT04 这种传感器来来完成。

二、项目设计思路

1、芯片选型

NSPGD1M006DT04是表压传感器。表压传感器（Gauge Pressure Sensor）是一种测量相对压力的传感器，即相对于大气压力的压力值。相对的还有绝压传感器（Absolute Pressure Sensor）是一种测量相对于真空或绝对零点的压力的传感器。与表压传感器不同，绝压传感器不仅测量被测介质的压力，还考虑到环境中的气压。绝压传感器的工作原理与表压传感器类似，但其参考点是绝对真空或绝对零点而不是大气压力。

2、测试主控选型

为了方便进行测试，选择使用 Arduino 来作为主控，它可以方便的实现 I2C 通讯，同时我们还会设计一个 Arduino 的库，方便日后的使用。

3、原理图绘制

作为模块，非常简单，严格按照Datasheet设计。下图是 DataSheet 中给出的参考：

据此设计的模块电路图：

4、PCB绘制与制板

5、焊接与调试

为了便于使用，焊接了 2.54mm 排母，方便插拔测试。

三、开发过程中遇到的问题与解决方式

为了方便的进行调试，我使用了一款国产开源逻辑分析仪:章鱼哥出品的 PX logic 逻辑分析仪

这款逻辑分析仪主打高速采集，性能指标如下：

•最大32通道逻辑分析仪

•buff模式最大支持8ch@1G，总带宽8G，存储深度4Gbits

•usb3.0下stream最大2ch@1G，总带宽2G，存储深度1024Gbits

•采样usb3.0进行传输，兼容usb2.0

•输入采样阈值0-6v可调

•开源解码协议库200+，使用python进行开发，可自行开发编写

硬件核心部分采用国产器件：

USB3.0 Phy 采用南京沁恒微的WCH569W
FPGA采用国产FPGA 紫光同创PGL22G

其中的 Buffer 模式意思是：内部自带了缓冲，可以将采集的信号直接传输存储在内部，存储多少数据取决于当前采样数量居和板载内存的大小；Stream的意思是随时将当前采样到的数据发送到电脑上，理论上只要你的电脑性能足够，可以不停的进行采样。

在动手之前首先在面包板上动手实验（NSPGD1M006DT04这种封装非常友好，便于实验）。这里无需额外的上拉I2C 即可工作

设置采样20秒，采样率5Mhz(I2C 400KHz, 相当于10倍采样率)

Buffer 模式，2V 阈值，只要2个通道即可抓取

解码器选择 I2C

指定0 通道是 SCL, 1通道是 SDA

接下来就可以抓到结果了：

四、实现结果展示

五、关键代码及说明

读取的代码数据需要和 Datasheet 上的 Demo 完成相同：

float NSPGD1M006DT04::readPressure() {
  uint32_t PData;

  _i2cPort->beginTransmission(_i2cAddress);
  _i2cPort->write(0x30);
  _i2cPort->write(0x0A);
  _i2cPort->endTransmission(true);

  int number = 0;
  while (number < 50) {
    number++;
    delay(1);
    //NSPGD1M006DT04_Read_Byte(0x30,Reg30);
    _i2cPort->beginTransmission(_i2cAddress);
    _i2cPort->write(0x30);
    _i2cPort->endTransmission(false);


    _i2cPort->requestFrom(_i2cAddress, 1, true);
    if (_i2cPort->read() == 0x02) {

      //NSPGD1M006DT04_Read_3Byte(0x06,PData);
      _i2cPort->beginTransmission(_i2cAddress);
      _i2cPort->write(0x06);
      _i2cPort->endTransmission(false);
      _i2cPort->requestFrom(_i2cAddress, 3, true);
      PData = _i2cPort->read();
      PData = (PData << 8) | _i2cPort->read();
      PData = (PData << 8) | _i2cPort->read();

      if (PData > 8388607) {
        PData = PData - 16777216;
      }

      return (((float)PData) / 8388607 - 0.1) / 0.13333;
    }
  }

  return 0.0;
}

取得的数值以 float 返回给调用者。

六、难点以及解决方法

在调试过程中，我发现根据文档要求，发送指令之后，一直会出现 I2C 的 NA ，无法取得设备的数据。搜索资料也无果，无奈之下继续研究Datasheet，忽然发现它给出的例子是多次操作的，下面这一块发送 0x0A 之后，发0x30 然后尝试50次（之前上学的时候，英文会有改错的题目，其中一种不为人知的方法是将错误通过排版的方法，放在换行或者换页的地方，看到这里忽然让我想起来被这种题目支配的恐惧）

于是，我也修改代码多次读取，然后问题就解决了。总结下来之前碰到问题的原因是：

为了便于调试，只尝试一次；
代码中间隔2秒才进行一次尝试；
我逻辑分析仪设置采样20秒，通常我也只会观察20秒；

修改库函数，多尝试问题就解决了。

nspgd 下载

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本项目是参考电子森林的活动项目，原始链接在 https://www.eetree.cn/project/4719

作者： ziv2013