基于LUFA开源框架库对AVR芯片进行USB终端设备开发

　　从示例可以看出，在LUFA框架下，bootloader的开发有了极大的效率提升。开发者可以通过简单地修改USB设备的描述页信息，添加或修改相关的传输协议，即可快速开发出符合需求的bootloader模块。

　　● 设备开发示例说明

　　对于USB设备来说，首先进行USB枚举设定(setup过程)，然后如果没错误，就可以开始USB设备的正常工作状态了。既然LUFA已经为开发者做出了众多可能的基本设置，开发者只需要知道个大概流程，大多数事情都可以留给LUFA来做了。

　　首先，是0号端点(Endpoint 0)和控制传输模式。0号端点主要用于USB设备枚举。在枚举过程中，主机给设备分配相应的地址信息，同时也在读取设备信息，如设备类型。主机通过发送相应的控制指令给设备，设备回复相关信息给主机，完成握手通信，最后完成相关的设置。LUFA基本上能全自动地完成所有的相关工作，开发者只需要知道该怎么设置而已。如图4。

　　接下来，是数据传输过程。当设定过程完成之后，数据传输过程的方向、可用端点的大小等基本信息已经确定下来了。这个时候，设备和主机之间就能进行正常的数据传输了。LUFA提供了多种不同的方式来接收数据包。通常来说，设备端点收到数据之后，会向主机返回“ACK”指令，以告知数据包已收到，但是最终的一个“ACK”指令包则不会自动回复，需要用户在程序里面实现。不过，对于开发者来说，只需要认真研读一下示例文件就可以理解，并得知实现方式。

　　以Demo/Device/ClassDriver/Keyboard/这个项目为例。文件Descriptors.c里面，记录了USB设备的描述值，包括传输过程中的设备描述值，和枚举阶段的配置描述值，还有返回设备描述值调用的一个函数。这些相应参数，可在工程实践中，按需修改。文件Keyboard.c里面，包含了程序的主入口main()函数。

　　main()函数中，SetupHardware()实现了基本的硬件初始化功能，值得注意的是USB_Init()函数。这个USB_Init()函数，是LUFA框架实现的一个函数。在这个函数中，它实现了USB接口相关的寄存器及I/O的初始化功能，调用了USB_ResetInterface()函数，以实现USB设备的相关设置。其中的一个功能是按照开发的需要，初始化USB设备，使其成为USB控制器或USB设备，在此示例中，初始化为USB设备，调用USB_Init_Device()函数。USB_Init_Device()函数又调用了一个需要自己按需实现的函数CALLBACK_USB_GetDescriptor(...)(在Descriptors.c文件中)。至此，完成USB设备的初始化过程。

　　完成USB设备的初始化过程之后，就开始了一个不断循环的函数体。如果是想实现USB设备的相关功能，就把相关的功能模块写入这个函数体内就可以了。以Demo/Device/ClassDriver/Keyboard/项目为例，这个循环体内包括两个函数模块：HID_Device_USBTask(&Keyboard_HID_Interface)和USB_USBTask()。前者，调用了一个函数CALLBACK_HID_Device_CreateHIDReport(...)，以记录测试哪个按键被按下或松开，并记录下来。后者，纯粹地把相应的按键信息按照USB协议的要求发送出去。实现相关的USB通信。

　　因此，如果此时需要完成一个矩阵键盘，那么只需要在CALLBACK_HID_Device_CreateHIDReport(...)之内，插入相应的矩阵键盘扫描语句，延时消抖功能等，即可实现开发需求。其他的设备，如USB音频设备，U盘，鼠标等，也是类似的实现方式。

4 结语

　　对于开发者而言，LUFA开源框架库不仅能帮助快速完成相应的项目开发，如果能细读其代码，还可以大大地提高相应的编程水平。同时，LUFA开源框架库的引入，大大地降低了在AVR单片机上开发USB设备的门槛，极大地提高开发效率，并且减少了开发过程中的调试测试时间，增加了系统的稳定性。其示例文档丰富，入门容易，代码优美稳定，逻辑架构完美。因此，无论是出于项目开发的需要，还是能力提升的需要，都可以好好研究或阅读LUFA开源代码，借鉴其开发经验，做出更好更快更优质的工程项目。

参考文献：
　　[1]Atmel.ATmega32u4 Datasheet[M]
　　[2]Universal Serial Bus Revision 2.0 Specification[S]
　　[3]LUFA Online Documents[R/OL].(2014-03).http://www.fourwalledcubicle.com/files/LUFA/Doc/140302/
　　[4]Redecker C.USB Control Transfers with LUFA[R/OL].(2011-10).http://www.avrbeginners.net/new/wp-content/uploads/2011/10/avrbeginners_40_USB_Control_Transfers_with_LUFA_1.0.pdf
　　[5]USB in a Nutshell[R/OL].(2014-04).http://www.beyondlogic.org/usbnutshell