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01 引言

STM32MP1x系列芯片的USB OTG作为Peripheral时，除支持一个双向EP0外，另外支持8个端点（IN/OUT）用于实现控制传输/中断传输/同步传输/批量传输。这些端点共享一部分RAM空间作为FIFO来收发数据。

当gadget设备被配置为不同的功能时，尤其是配置为多个功能时，代码中的默认FIFO设置可能不再适用，本篇笔记简述如何根据实际需求修改FIFO配置。

02 基本概念

STM32MP1x的USB OTG子系统包含4KByte专用RAM，这块RAM空间被分配为TxFIFO和RxFIFO，分别对应为本机USB发送数据的临时存储，以及从总线接收数据的临时存储，在Peripheral模式下，分别对应为IN端点和OUT端点的FIFO。

2.1 外设模式下的FIFO

OTG工作在Host还是Peripheral模式下FIFO的组织形式有所不同，这里只关注外设模式下的情况。

• 所有OUT端点共享相同的一个RAM FIFO

OTG使用单个接收FIFO，当这个FIFO有足够的空间时，接收所有OUT端点过来的数据，直到FIFO被占满，后续事务才会被NAK。接收FIFO的大小在OTG_GRXFSIZ中配置。

• 每个IN端点都分配一个专用的FIFO

与OUT端点不同，每个IN端点需要单独配置TxFIFO，其中EP0的配置寄存器为OTG_DIEPTXF0，另外8个IN端点的配置寄存器为OTG_DIEPTXFx（x=0~7）。

如图1所示，Peripheral模式下的OTG FIFO框架。

▲ 图 1 STM32MP1x设备模式下的USB FIFO

2.2 FIFO 的分配

接收FIFO的分配，应用程序必须为SETUP数据包分配RAM

• 必须在接收FIFO中为控制端点的SETUP数据包保留10个位置。USB核不会使用这些为SETUP数据包保留的位置来写入任何其他数据。

• 必须为全局OUT NAK分配一个位置。

• 状态信息与每个接收的数据包一起写入FIFO。因此，接收数据包必须至少分配（最大数据包大小/4）+1的空间。如果启用了多个等时端点，则至少必须分配两个（最大数据包大小/4）+1的空间以接收连续的数据包。通常建议分配两个（最大数据包大小/4）+1的空间，以便在前一个数据包传输到CPU时，USB可以接收后续数据包。

• 对于每个端点的最后一个数据包，传输完成的状态信息也会被推送到FIFO。建议为每个OUT端点分配一个位置。

配置RxFIFO=（5*控制端点数量+8）+((最大USB数据包大小/4）+1用于状态信息）+（2*OUT端点数量）+1用于全局NAK

发送FIFO的分配，单独为每个IN端点配置最小的FIFO值为该端点最大数据包。

配置TxFIFO=（最大USB数据包大小/4）

在硬件允许的情况下，增加FIFO的配置可以提升USB的性能，但是，前面提到，OTG内存大小总共为4096字节（1024x32位字）。其中一部分内存被DMA使用：每个通道使用32字节（8个字），总共9个通道（1个接收通道加8个发送通道）。这样剩下3808字节（952个字）可用于USB FIFO。

在设备树中，以下属性用于FIFO配置。

• g-rx-fifo-size：总RX FIFO (32 bits字);

• g-np-tx-fifo-size：非周期性TX FIFO (32 bits字);

• g-tx-fifo-size：周期性TX FIFO (32 bits字)，每个值对应一个IN端点：ep1……ep7 (不包括ep0).

中断和等时USB端点被称为“周期性”，控制和批量USB端点被称为“非周期性”。

属性中所有FIFO大小的值之和不得超过952。每个FIFO大小的最小值为16字，即使该端点未使用。

03 配置示例

这里以一个具体实例来演示。

假设MP135F的OTG被配置为复合设备，实现一个NCM接口和三个ACM接口。

其中NCM的驱动要求支持一个OUT端点，两个IN端点（其中一个传输数据，一个做NOTIFY），这里OUT端点使用MP135 Gadget设备的RX FIFO，对应FIFO配置项是g-rx fifo-size，对于传输数据的IN端点，对应的配置项是g-tx-fifo-size。

查看NCM的端点驱动，可以看到Maxpacket size为512 byte，所以必须配置一个TxFIFO为512 byte，也即g-tx-fifo-size项的值至少有一个最小应配置为512/4=128字。

另外一个Notify IN端点，用于传输通知信息，最大包是64byte，按两倍配置，设为32字，同样地，一个ACM接口，需要支持一个OUT端点，两个IN端点，与NCM类似，翻开ACM驱动的端点设置，可以看到Maxpacket size是512byte，因此，需要增加配置一个g-tx-fifo-size是512/4=128字，这样三个ACM接口，就需要有三个128的配置值。

▲ 图 2ACM驱动端点配置

配置项目g-tx-fifo-size，配置8个IN端点的FIFO值，NCM和ACM在注册时自动分配端点号，配置时无需考虑一一对应的问题，实际上在注册分配端点时，程序会自动从数组里查询能够支持自己Maxpacket size的端点，然后分配给对应的功能（图3配置FIFO代码片段）。

综上所述，只需要保证这个数组里有四个端点的值大于128，就可以了。

▲ 图 3TxFIFO配置代码片段

g-np-tx-fifo-size是共享的非周期性数据，主要是控制传输的TxFIFO，控制端点最大包是64，按两倍配置，这个值设置为32。

最后g-rx-fifo-size是所有端点共享的，把剩下的可用RAM空间都分配给它：

952 – 32 -32*4 - 128*4=280，这里设置为256，确认其满足2.2章节中RxFIFO的最小配置要求。

最终的配置结果为：

这样即可实现一个OTG做一个NCM加三个ACM的复合设备，也可以发现，该配置已经分配了所有OTG端点，所以这也是STM32MP1x的OTG能够支持的最大复合设备数。

点击下载《STM32MP1x USB OTG FIFO设置》原文档。

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