USB 概述

简介

支持的芯片[ RTL8721Dx ][ RTL8730E ][ RTL8721F ]

USB（Universal Serial Bus）是一种通用的串行总线接口，用于连接主机和外部设备。

USB 技术规范可以从网站 http://www.usb.org/developers 获取。

特性

• 兼容性：兼容 USB2.0 高速（High-speed 480 Mbps）和全速（Full-speed 12 Mbps）模式

• 支持以下 USB 主机解决方案：

  • CDC ACM：支持数据双向透传，适用于串口通信、数据采集及自定义通信协议等应用

  • CDC ECM：可挂载以太网模组作为网络接口（NIC），或作为桥接器实现模组与路由器的网络通信

  • MSC：支持大容量存储设备（如 U 盘、读卡器），适用于智能音箱、数据记录及 OTA 固件升级等应用

  • UAC：支持 Type-C 耳机等数字音频设备，提供音频输出与音量控制功能

  • UVC：支持 USB 摄像头，支持 MJPEG、H264、YUV 格式图像截取和视频流转发，适用于智能门锁、安防监控及图像采集等应用

  • 支持多种类型的复合主机：

    • CDC ACM + CDC ECM：支持 4G 蜂窝模组，适用于物联网网关及移动热点等应用

    • HID + UAC：同时支持人机交互与音频播放，实现按键线控与音频播放的一体化控制

  • Vendor (自定义类)：支持非标准主机类的定制化开发，满足特殊应用场景的个性化需求

• 支持以下 USB 设备解决方案：

  • CDC ACM：支持数据双向透传，适用于串口通信、数据采集及自定义通信协议等应用

  • HID：模拟键盘、鼠标等 HID 外设，实现丰富的人机交互控制

  • MSC：支持 SD 卡、Flash 作为存储媒介, 实现数据存储功能

  • UAC：作为 USB 音频设备端，接收并处理音频流

  • 支持多种类型的复合设备 (Composite Device)：

    • CDC ACM + HID：同时支持透传通信与交互控制

    • CDC ACM + MSC：同时支持透传通信与数据存储

    • CDC ACM + UAC：同时支持透传通信与音频播放

    • HID + UAC：同时支持交互控制与音频录放

  • Vendor：支持非标准设备类的定制化开发，满足特殊应用场景的个性化需求

• 高级特性：

  • 双角色切换（DRD）：支持 USB 主机和设备双角色动态切换

  • 设备模式高度可定制：支持描述符全定制，包括 VID/PID、字符串描述符及端点映射

  • 主机模式灵活枚举：支持自定义设备匹配策略（如基于 VID/PID 或 Class/Protocol 匹配）、描述符自动解析及自适应速度协商

  • 核心驱动参数可配置：允许开发者灵活配置速度模式、数据缓存 (DFIFO) 深度（仅限专用 FIFO 模式），以及 USB ISR 与核心线程的调度优先级

备注

RTL8721Dx 仅支持全速设备模式

硬件配置

RTL8721DxRTL8730ERTL8721F

RTL8721Dx:

• 支持设备模式

• 支持 USB 2.0 全速（12 Mbps）模式

• 支持 DMA 传输模式

• 设备模式下的端点配置如下：

  • EP0：INOUT，仅用于控制传输

  • EP1：IN

  • EP2：OUT

  • EP3：IN

  • EP4：OUT

  • EP5：INOUT

备注

其中，最多仅支持一个周期性 IN 端点。

• 共享缓存模式，缓存深度（单位 DWORD）配置如下：

  • 总缓存：最大 768

  • 共享接收缓存：最大 472

  • 共享非周期性发送缓存：最大 32

  • 专用周期性发送缓存：最大 256

备注

DMA 模式下，缓存需要为 DMA 寄存器预留 8 个 DWORD。

软件协议栈概述

软件架构

协议栈架构如图所示：

RTL8721DxRTL8730ERTL8721F

RTL8721Dx:

各软件模块的功能如下:

• USB 硬件抽象层: 实现电源管理、PHY 参数校准等 SoC 相关的硬件驱动，为上层 USB 核心驱动提供统一的硬件抽象层接口

• USB 主机/设备核心驱动：包含 USB IP 相关的硬件驱动、主机/设备控制器驱动、总线枚举和传输调度等核心控制逻辑，为上层 USB 主机/设备类驱动提供统一的核心驱动接口

• USB 主机/设备类驱动: 兼容 USB2.0 规范的主机/设备类驱动，基于类驱动 API，开发者可快速实现基于标准类的 USB 解决方案

• USB 主机/设备解决方案示例: 为开发者提供 USB 主机/设备解决方案的设计参考

USB 硬件抽象层驱动

硬件抽象层驱动提供了 SoC 相关的 USB 电源管理、中断处理和 PHY 校准接口，并定义了上层 USB 核心驱动所需的系统常量。

备注

• 硬件抽象层默认编入 USB 主机/设备/DRD 核心库文件，不允许开发者修改

• USB PHY 校准数据在 SoC 出厂前确定，原则上不需要开发者修改，如遇疑似校准导致的兼容性问题（如枚举失败、反复断线重连），请联系 Realtek FAE

USB 设备核心驱动

USB 主机核心驱动

文件目录结构

USB 路径别名

为简化描述，下文使用如下路径别名。

别名	指代路径
SDK_USB_HAL	{SDK}/component/soc/amebaxxx/fwlib/include
SDK_USB	{SDK}/component/usb
SDK_USB_DEV	{SDK}/component/usb/device
SDK_USB_HOST	{SDK}/component/usb/host
SDK_USB_EXAMPLE	{SDK}/example/usb
SDK_USB_LIB	{SDK}/component/soc/amebaxxx/project/project_xxx/lib/application

USB 硬件抽象层

路径	说明
{SDK_USB_HAL}/ameba_usb.h	USB硬件抽象层API定义头文件

USB 核心驱动

RTL8721DxRTL8730ERTL8721F

RTL8721Dx:

路径	说明
{SDK_USB}/common/	USB通用核心驱动API定义头文件
{SDK_USB_DEV}/core/usbd.h	USB设备核心驱动API定义头文件
{SDK_USB_LIB}/lib_usbd.a	USB设备核心驱动库文件，用于设备类驱动和应用开发

USB 类驱动

路径	说明
{SDK_USB_DEV}/cdc_acm/	CDC ACM设备类驱动
{SDK_USB_DEV}/composite/	复合功能设备类驱动
{SDK_USB_DEV}/hid/	HID设备类驱动
{SDK_USB_DEV}/inic/	INIC设备类驱动（非标）
{SDK_USB_DEV}/msc/	MSC设备类驱动
{SDK_USB_DEV}/uac/	UAC设备类驱动
{SDK_USB_HOST}/cdc_acm/	CDC ACM主机类驱动
{SDK_USB_HOST}/cdc_ecm/	CDC ECM主机类驱动
{SDK_USB_HOST}/msc/	MSC主机类驱动
{SDK_USB_HOST}/uvc/	UVC主机类驱动

USB 解决方案示例

路径	说明
{SDK_USB_EXAMPLE}/usbd_cdc_acm/	基于CDC ACM的透传设备解决方案示例
{SDK_USB_EXAMPLE}/usbd_cdc_acm_hid/	基于CDC ACM和HID的复合功能设备解决方案示例
{SDK_USB_EXAMPLE}/usbd_cdc_acm_uac/	基于CDC ACM和UAC的复合功能设备解决方案示例
{SDK_USB_EXAMPLE}/usbd_uac_hid/	基于HID和UAC的复合功能设备解决方案示例
{SDK_USB_EXAMPLE}/usbd_hid/	HID设备解决方案示例
{SDK_USB_EXAMPLE}/usbd_inic/	INIC设备解决方案示例
{SDK_USB_EXAMPLE}/usbd_msc/	基于MSC的存储设备解决方案示例
{SDK_USB_EXAMPLE}/usbd_uac/	基于UAC的音频设备解决方案示例
{SDK_USB_EXAMPLE}/usbh_cdc_acm/	基于CDC ACM的透传主机解决方案示例
{SDK_USB_EXAMPLE}/usbh_cdc_ecm/	基于CDC ECM的网络通信主机解决方案示例
{SDK_USB_EXAMPLE}/usbh_msc/	基于MSC的存储主机解决方案示例
{SDK_USB_EXAMPLE}/usbh_uvc/	基于UVC的多媒体主机解决方案示例
{SDK_USB_EXAMPLE}/usbh_wifi_bridge/	基于CDC ECM的网络通信bridge解决方案示例
{SDK_USB_EXAMPLE}/usb_drd/	基于MSC主机和MSC设备的DRD解决方案示例

Host 解决方案，参考 Host 解决方案

Device 解决方案，参考 Device 解决方案

USB 认证

USB 认证一般指 USB-IF 认证，即通过 USB-IF 官方的电气、协议和功能测试，确保设备符合 USB 规范， 以保障设备间的互操作性、安全性和可靠性，认证通过后即可合法使用 USB 标志（如 USB Logo）。

USB-IF 认证非强制性过程，但以下情况必须对 USB 产品进行认证：

• 产品需要使用 USB 标志

• 产品宣传资料中宣称符合 USB 规范或提及 USB 认证

关于 USB-IF 认证的具体流程和要求，请查阅 https://www.usb.org 相关文档或联系 USB-IF 授权测试实验室。

与 USB 设备相关的其它认证还有：

• 在欧美市场销售 USB 设备需要通过 FCC、CE 等认证，否则可能面临法律风险

• 车载 USB 设备需要通过 ISO 26262 车载电子系统的功能安全认证

• 为确保 USB 设备与 Windows 系统兼容，或需要在产品包装和宣传材料中使用“Certified for Windows”徽标，需要通过 Windows 徽标认证

• 苹果专用 USB 设备需要通过 MFi 认证

电气一致性测试

概述

USB 电气一致性测试旨在验证 USB 设备、主机或集线器的电气特性是否符合 USB-IF 规范要求，以确保系统的稳定性与互操作性。测试范围涵盖信号质量、电源管理、时序参数等关键电气性能指标。

官方测试规范请参考：https://www.usb.org/usb2

使用范围

本测试方案适用于 Ameba 系列全平台（包括 Linux、RTOS、Zephyr 等）。验证产品是否满足 USB CTS (Compliance Test Suite) 标准，可使用以下的测试固件与指令集。

技术支持

如在测试过程中遇到问题，请联系 技术支持 获取专业协助。

测试固件

请按照以下步骤获取并部署测试固件：

• 下载固件：从下方的固件下载地址获取最新的测试固件文件。

• 烧写固件：参考 Flash 烧写指南 ，将固件刷入设备以更新至测试版本

RTL8730ERTL8721FRTL8721Dx

RTL8730E:

DeviceHost

Device:

https://aiot.realmcu.com/download/images/rtos/usb/cts/RTL8730E/device.zip

测试指令

本节测试指令基于 Agilent 5485xA 示波器编写。若使用其他型号的设备进行电气特性验证，请参考下表说明，获取适用的命令。

DeviceHost

Device:

类型	命令	描述
RESET	reboot	重启测试版 所有测试用例执行前的必要步骤，旨在清除残留状态，确保系统处于确定的初始环境。
INIT	usbd init	USB Device 初始化 在重启后执行，负责加载驱动程序并配置 USB 设备环境，为后续测试建立基础。
DEINIT	usbd deinit	释放 USB Device 资源。 销毁已分配的句柄、内存及中断资源，使设备完全回归到未初始化状态。