]> git.sommitrealweird.co.uk Git - barbilliards.git/blob - src/usb_cdcacm.c
311727370e80539def8f7b7057bd8a19b5496e29
[barbilliards.git] / src / usb_cdcacm.c
1 /* This program is free software: you can redistribute it and/or modify
2  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
3  * the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
4  * (at your option) any later version.
5  *
6  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
7  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
8  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
9  * GNU General Public License for more details.
10  *
11  * You should have received a copy of the GNU General Public License
12  * along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
13  *
14  */
15 /** library for USB CDC ACM communication (code)
16  *  @file usb_cdcacm.c
17  *  @author King Kévin <kingkevin@cuvoodoo.info>
18  *  @date 2016
19  */
20
21 /* standard libraries */
22 #include <stdint.h> // standard integer types
23 #include <stdio.h> // standard I/O facilities
24 #include <stdlib.h> // general utilities
25
26 /* STM32 (including CM3) libraries */
27 #include <libopencm3/stm32/rcc.h> // real-time control clock library
28 #include <libopencm3/stm32/gpio.h> // general purpose input output library
29 #include <libopencm3/cm3/nvic.h> // interrupt handler
30 #include <libopencm3/cm3/scb.h> // reset utilities
31 #include <libopencmsis/core_cm3.h> // Cortex M3 utilities
32 #include <libopencm3/usb/usbd.h> // USB library
33 #include <libopencm3/usb/cdc.h> // USB CDC library
34 #include <libopencm3/cm3/sync.h> // synchronisation utilities
35
36 #include "global.h"
37 #include "usb_cdcacm.h" // USB CDC ACM header and definitions
38
39 /** USB CDC ACM device descriptor
40  *  @note as defined in USB CDC specification section 5
41  */
42 static const struct usb_device_descriptor device_descriptor = {
43         .bLength = USB_DT_DEVICE_SIZE, // the size of this header in bytes, 18
44         .bDescriptorType = USB_DT_DEVICE, // a value of 1 indicates that this is a device descriptor
45         .bcdUSB = 0x0200, // this device supports USB 2.0
46         .bDeviceClass = USB_CLASS_CDC, // use the CDC device class
47         .bDeviceSubClass = 0, // unused
48         .bDeviceProtocol = 0, // unused
49         .bMaxPacketSize0 = 64, // packet size for endpoint zero in bytes
50         .idVendor = 0xc440, // Vendor ID (CuVo...)
51         .idProduct = 0x0d00, // product ID within the Vendor ID space (...odoo)
52         .bcdDevice = 0x0100, // version number for the device
53         .iManufacturer = 1, // the index of the string in the string table that represents the name of the manufacturer of this device.
54         .iProduct = 2, // the index of the string in the string table that represents the name of the product
55         .iSerialNumber = 3, // the index of the string in the string table that represents the serial number of this item in string form.
56         .bNumConfigurations = 1, // the number of possible configurations this device has
57 };
58
59 /** USB CDC ACM data endpoints
60  *  @note as defined in USB CDC specification section 5
61  */
62 static const struct usb_endpoint_descriptor data_endpoints[] = {{
63         .bLength = USB_DT_ENDPOINT_SIZE, // the size of the endpoint descriptor in bytes
64         .bDescriptorType = USB_DT_ENDPOINT, // a value of 5 indicates that this describes an endpoint
65         .bEndpointAddress = 0x01, // OUT (from host) direction (0<<7), endpoint 1
66         .bmAttributes = USB_ENDPOINT_ATTR_BULK, // bulk mode
67         .wMaxPacketSize = 64, // maximum packet size
68         .bInterval = 1, // the frequency, in number of frames, that we're going to be sending data
69 },{
70         .bLength = USB_DT_ENDPOINT_SIZE, // the size of the endpoint descriptor in bytes
71         .bDescriptorType = USB_DT_ENDPOINT, // a value of 5 indicates that this describes an endpoint
72         .bEndpointAddress = 0x82, // IN (to host) direction (1<<7), endpoint 2
73         .bmAttributes = USB_ENDPOINT_ATTR_BULK, // bulk mode
74         .wMaxPacketSize = 64, // maximum packet size
75         .bInterval = 1, // the frequency, in number of frames, that we're going to be sending data
76 }};
77
78 /** USB CDC ACM communication endpoints
79  * @note This notification endpoint isn't implemented. According to CDC spec its optional, but its absence causes a NULL pointer dereference in Linux cdc_acm driver
80  */
81 static const struct usb_endpoint_descriptor communication_endpoints[] = {{
82         .bLength = USB_DT_ENDPOINT_SIZE, // the size of the endpoint descriptor in bytes
83         .bDescriptorType = USB_DT_ENDPOINT, // a value of 5 indicates that this describes an endpoint
84         .bEndpointAddress = 0x83, // IN (to host) direction (1<<7), endpoint 3
85         .bmAttributes = USB_ENDPOINT_ATTR_INTERRUPT, // interrupt mode
86         .wMaxPacketSize = 16, // maximum packet size
87         .bInterval = 255, // the frequency, in number of frames, that we're going to be sending data
88 }};
89
90 /** USB CDC ACM functional descriptor
91  *  @return
92  *  @note as defined in USB CDC specification section 5.2.3
93  */
94 static const struct {
95         struct usb_cdc_header_descriptor header; /**< header */
96         struct usb_cdc_call_management_descriptor call_mgmt; /**< call management descriptor */
97         struct usb_cdc_acm_descriptor acm; /**< descriptor */
98         struct usb_cdc_union_descriptor cdc_union;  /**< descriptor */
99 } __attribute__((packed)) cdcacm_functional_descriptors = {
100         .header = {
101                 .bFunctionLength = sizeof(struct usb_cdc_header_descriptor), /**< descriptor length */
102                 .bDescriptorType = CS_INTERFACE, /**< descriptor type */
103                 .bDescriptorSubtype = USB_CDC_TYPE_HEADER, /**< descriptor subtype */
104                 .bcdCDC = 0x0110, /**< CDC value */
105         },
106         .call_mgmt = {
107                 .bFunctionLength = sizeof(struct usb_cdc_call_management_descriptor), /**< descriptor length */
108                 .bDescriptorType = CS_INTERFACE,  /**< descriptor type */
109                 .bDescriptorSubtype = USB_CDC_TYPE_CALL_MANAGEMENT, /**< descriptor subtype */
110                 .bmCapabilities = 0, /**< capabilities */
111                 .bDataInterface = 1, /**< data interface */
112         },
113         .acm = {
114                 .bFunctionLength = sizeof(struct usb_cdc_acm_descriptor), /**< descriptor length */
115                 .bDescriptorType = CS_INTERFACE, /**< descriptor type */
116                 .bDescriptorSubtype = USB_CDC_TYPE_ACM, /**< descriptor subtype */
117                 .bmCapabilities = 0, /**< capabilities */
118         },
119         .cdc_union = {
120                 .bFunctionLength = sizeof(struct usb_cdc_union_descriptor), /**< descriptor length */
121                 .bDescriptorType = CS_INTERFACE, /**< descriptor type */
122                 .bDescriptorSubtype = USB_CDC_TYPE_UNION, /**< descriptor subtype */
123                 .bControlInterface = 0, /**< control interface */
124                 .bSubordinateInterface0 = 1, /**< subordinate interface */
125          },
126 };
127
128 /** USB CDC interface descriptor
129  *  @note as defined in USB CDC specification section 5.1.3
130  */
131 static const struct usb_interface_descriptor communication_interface[] = {{
132         .bLength = USB_DT_INTERFACE_SIZE,
133         .bDescriptorType = USB_DT_INTERFACE,
134         .bInterfaceNumber = 0,
135         .bAlternateSetting = 0,
136         .bNumEndpoints = 1,
137         .bInterfaceClass = USB_CLASS_CDC,
138         .bInterfaceSubClass = USB_CDC_SUBCLASS_ACM,
139         .bInterfaceProtocol = USB_CDC_PROTOCOL_NONE,
140         .iInterface = 0,
141
142         .endpoint = communication_endpoints,
143
144         .extra = &cdcacm_functional_descriptors,
145         .extralen = sizeof(cdcacm_functional_descriptors),
146 }};
147
148 /** USB CDC ACM data class interface descriptor
149  *  @note as defined in USB CDC specification section 5.1.3
150  */
151 static const struct usb_interface_descriptor data_interface[] = {{
152         .bLength = USB_DT_INTERFACE_SIZE,
153         .bDescriptorType = USB_DT_INTERFACE,
154         .bInterfaceNumber = 1,
155         .bAlternateSetting = 0,
156         .bNumEndpoints = 2,
157         .bInterfaceClass = USB_CLASS_DATA,
158         .bInterfaceSubClass = 0,
159         .bInterfaceProtocol = 0,
160         .iInterface = 0,
161
162         .endpoint = data_endpoints,
163 }};
164
165 /** USB CDC ACM interface descriptor */
166 static const struct usb_interface interfaces[] = {{
167         .num_altsetting = 1,
168         .altsetting = communication_interface,
169 }, {
170         .num_altsetting = 1,
171         .altsetting = data_interface,
172 }};
173
174 /** USB CDC ACM configuration descriptor */
175 static const struct usb_config_descriptor config = {
176         .bLength = USB_DT_CONFIGURATION_SIZE, // the length of this header in bytes
177         .bDescriptorType = USB_DT_CONFIGURATION, // a value of 2 indicates that this is a configuration descriptor
178         .wTotalLength = 0, // this should hold the total size of the configuration descriptor including all sub interfaces. it is automatically filled in by the USB stack in libopencm3
179         .bNumInterfaces = 2, // the number of interfaces in this configuration 
180         .bConfigurationValue = 1, // the index of this configuration
181         .iConfiguration = 0, // a string index describing this configuration (zero means not provided)
182         .bmAttributes = 0x80, // self powered (0<<6), supports remote wakeup (0<<5)
183         .bMaxPower = 0x32, // the maximum amount of current that this device will draw in 2mA units
184         // end of header
185         .interface = interfaces, // pointer to an array of interfaces
186 };
187
188 /** USB string table
189  *  @note starting with index 1
190  */
191 static const char *usb_strings[] = {
192         "BarBillards v1",
193         "CDC-ACM",
194         "STM32F1",
195 };
196
197 static uint8_t usbd_control_buffer[128] = {0}; /**< buffer to be used for control requests */
198 static usbd_device *usb_device = NULL; /**< structure holding all the info related to the USB device */
199 static bool connected = false; /**< is the USB device is connected to a host */
200
201 /* input and output ring buffer, indexes, and available memory */
202 static uint8_t rx_buffer[CDCACM_BUFFER] = {0}; /**< ring buffer for received data */
203 static volatile uint8_t rx_i = 0; /**< current position of read received data */
204 static volatile uint8_t rx_used = 0; /**< how much data has been received and not red */
205 mutex_t rx_lock = MUTEX_UNLOCKED; /**< lock to update rx_i or rx_used */
206 static uint8_t tx_buffer[CDCACM_BUFFER] = {0}; /**< ring buffer for data to transmit */
207 static volatile uint8_t tx_i = 0; /**< current position if transmitted data */
208 static volatile uint8_t tx_used = 0; /**< how much data needs to be transmitted */
209 mutex_t tx_lock = MUTEX_UNLOCKED; /**< lock to update tx_i or tx_used */
210 volatile uint8_t cdcacm_received = 0; // same as rx_used, but since the user can write this variable we don't rely on it
211
212 /** disconnect USB by pulling down D+ to for re-enumerate */
213 static void usb_disconnect(void)
214 {
215         /* short USB disconnect to force re-enumerate */
216 #if defined(SYSTEM_BOARD) || defined(BLUE_PILL)
217         // pull USB D+ low for a short while
218         rcc_periph_clock_enable(RCC_GPIOA);
219         gpio_set_mode(GPIOA, GPIO_MODE_OUTPUT_2_MHZ, GPIO_CNF_OUTPUT_PUSHPULL, GPIO12);
220         gpio_clear(GPIOA, GPIO12);
221         for (uint32_t i = 0; i < 0x2000; i++) {
222                 __asm__("nop");
223         }
224 #elif defined(MAPLE_MINI)
225         // disconnect USB D+ using dedicated DISC line/circuit on PB9
226         rcc_periph_clock_enable(RCC_GPIOB);
227         gpio_set_mode(GPIOB, GPIO_MODE_OUTPUT_2_MHZ, GPIO_CNF_OUTPUT_PUSHPULL, GPIO9);
228         gpio_set(GPIOB, GPIO9);
229         for (uint32_t i = 0; i < 0x2000; i++) {
230                 __asm__("nop");
231         }
232         gpio_clear(GPIOB, GPIO9);
233 #endif
234 }
235
236 /** incoming USB CDC ACM control request
237  *  @param[in] usbd_dev USB device descriptor
238  *  @param[in] req control request information
239  *  @param[in] buf control request data
240  *  @param[in] len control request data length
241  *  @param[in] complete not used
242  *  @return 0 if succeeded, error else
243  *  @note resets device when configured with 5 bits
244  */
245 static enum usbd_request_return_codes cdcacm_control_request(usbd_device *usbd_dev, struct usb_setup_data *req, uint8_t **buf, uint16_t *len, void (**complete)(usbd_device *usbd_dev, struct usb_setup_data *req))
246 {
247         (void)complete;
248         (void)buf;
249         (void)usbd_dev;
250
251         switch (req->bRequest) {
252                 case USB_CDC_REQ_SET_CONTROL_LINE_STATE:
253                         connected = req->wValue ? true : false; // check if terminal is open
254                         //bool dtr = (req->wValue & (1 << 0)) ? true : false;
255                         //bool rts = (req->wValue & (1 << 1)) ? true : false;
256                         /* this Linux cdc_acm driver requires this to be implemented
257                          * even though it's optional in the CDC spec, and we don't
258                          * advertise it in the ACM functional descriptor.
259                          */
260                         uint8_t reply[10] = {0};
261                         struct usb_cdc_notification *notif = (void *)reply;
262                         /* we echo signals back to host as notification. */
263                         notif->bmRequestType = 0xA1;
264                         notif->bNotification = USB_CDC_NOTIFY_SERIAL_STATE;
265                         notif->wValue = 0;
266                         notif->wIndex = 0;
267                         notif->wLength = 2;
268                         reply[8] = req->wValue & 3;
269                         reply[9] = 0;
270                         usbd_ep_write_packet(usbd_dev, 0x83, reply, LENGTH(reply));
271             return USBD_REQ_HANDLED;
272                         break;
273                 case USB_CDC_REQ_SET_LINE_CODING:
274                         // ignore if length is wrong
275                         if (*len < sizeof(struct usb_cdc_line_coding)) {
276                                 return USBD_REQ_NOTSUPP;
277                         }
278                         // get the line coding
279                         struct usb_cdc_line_coding *coding = (struct usb_cdc_line_coding *)*buf;
280                         /* reset device is the data bits is set to 5
281                          * this is used to allowing rebooting the device in DFU mode for reflashing
282                          * to reset the device from the host you can use stty --file /dev/ttyACM0 115200 raw cs5
283                          */
284                         if (coding->bDataBits==5) {
285                                 usb_disconnect(); // force re-enumerate after reset
286                                 scb_reset_system(); // reset device
287                                 while (true); // wait for the reset to happen
288                         }
289             return USBD_REQ_HANDLED;
290                         break;
291                 default:
292                         return USBD_REQ_HANDLED;
293         }
294         return USBD_REQ_NOTSUPP;
295 }
296
297 /** USB CDC ACM data received callback
298  *  @param[in] usbd_dev USB device descriptor
299  *  @param[in] ep endpoint where data came in
300  */
301 static void cdcacm_data_rx_cb(usbd_device *usbd_dev, uint8_t ep)
302 {
303         (void)ep;
304
305         char usb_data[64] = {0}; // buffer to read data
306         uint16_t usb_length = 0; // length of incoming data
307         
308         /* receive data */
309         usb_length = usbd_ep_read_packet(usbd_dev, 0x01, usb_data, sizeof(usb_data));
310         if (usb_length) { // copy received data
311                 for (uint16_t i=0; i<usb_length && rx_used<LENGTH(rx_buffer); i++) { // only until buffer is full
312                         rx_buffer[(rx_i+rx_used)%LENGTH(rx_buffer)] = usb_data[i]; // put character in buffer
313                         rx_used++; // update used buffer
314                 }
315                 cdcacm_received = rx_used; // update available data
316         }
317 }
318
319 /** USB CDC ACM data transmitted callback
320  *  @param[in] usbd_dev USB device descriptor
321  *  @param[in] ep endpoint where data came in
322  */
323 static void cdcacm_data_tx_cb(usbd_device *usbd_dev, uint8_t ep)
324 {
325         (void)ep;
326         (void)usbd_dev;
327
328         if (!usbd_dev || !connected || !tx_used) { // verify if we can send and there is something to send
329                 return;
330         }
331         if (mutex_trylock(&tx_lock)) { // try to get lock
332                 uint8_t usb_length = (tx_used > 64 ? 64 : tx_used); // length of data to be transmitted (respect max packet size)
333                 usb_length = (usb_length > (LENGTH(tx_buffer)-tx_i) ? LENGTH(tx_buffer)-tx_i : usb_length); // since here we use the source array not as ring buffer, only go up to the end
334                 while (usb_length != usbd_ep_write_packet(usb_device, 0x82, (void*)(&tx_buffer[tx_i]), usb_length)); // ensure data is written into transmit buffer
335                 tx_i = (tx_i+usb_length)%LENGTH(tx_buffer); // update location on buffer
336                 tx_used -= usb_length; // update used size
337                 mutex_unlock(&tx_lock); // release lock
338         } else {
339                 usbd_ep_write_packet(usb_device, 0x82, NULL, 0); // trigger empty tx for a later callback
340         }
341         usbd_poll(usb_device); // ensure the data gets sent
342 }
343
344 /** set USB CDC ACM configuration
345  *  @param[in] usbd_dev USB device descriptor
346  *  @param[in] wValue not used
347  */
348 static void cdcacm_set_config(usbd_device *usbd_dev, uint16_t wValue)
349 {
350         (void)wValue;
351
352         usbd_ep_setup(usbd_dev, 0x01, USB_ENDPOINT_ATTR_BULK, 64, cdcacm_data_rx_cb);
353         usbd_ep_setup(usbd_dev, 0x82, USB_ENDPOINT_ATTR_BULK, 64, cdcacm_data_tx_cb);
354         usbd_ep_setup(usbd_dev, 0x83, USB_ENDPOINT_ATTR_INTERRUPT, 16, NULL);
355
356         usbd_register_control_callback( usbd_dev, USB_REQ_TYPE_CLASS | USB_REQ_TYPE_INTERFACE, USB_REQ_TYPE_TYPE | USB_REQ_TYPE_RECIPIENT, cdcacm_control_request);
357 }
358         
359 void cdcacm_setup(void)
360 {
361         connected = false; // start with USB not connected
362         usb_disconnect(); // force re-enumerate (useful after a restart or if there is a bootloader using another USB profile)
363
364         /* initialize USB */
365         usb_device = usbd_init(&st_usbfs_v1_usb_driver, &device_descriptor, &config, usb_strings, 3, usbd_control_buffer, sizeof(usbd_control_buffer));
366         usbd_register_set_config_callback(usb_device, cdcacm_set_config);
367
368         /* enable interrupts (to not have to poll all the time) */
369         nvic_enable_irq(NVIC_USB_LP_CAN_RX0_IRQ); // without this USB isn't detected by the host
370
371     /* reset buffer states */
372         rx_i = 0;
373         rx_used = 0;
374         mutex_unlock(&rx_lock);
375         cdcacm_received = 0;
376         tx_i = 0;
377         tx_used = 0;
378         mutex_unlock(&tx_lock);
379 }
380
381 char cdcacm_getchar(void)
382 {
383         while (!rx_used) { // idle until data is available
384                 __WFI(); // sleep until interrupt (not sure if it's a good idea here)
385         }
386         char to_return = rx_buffer[rx_i]; // get the next available character
387         rx_i = (rx_i+1)%LENGTH(rx_buffer); // update used buffer
388         rx_used--; // update used buffer
389         cdcacm_received = rx_used; // update available data
390         return to_return;
391 }
392
393 void cdcacm_putchar(char c)
394 {
395         if (!usb_device || !connected) {
396                 return;
397         }
398         mutex_lock(&tx_lock); // get lock to prevent race condition
399         if (tx_used<LENGTH(tx_buffer)) { // buffer not full
400                 tx_buffer[(tx_i+tx_used)%LENGTH(tx_buffer)] = c; // put character in buffer
401                 tx_used++; // update used buffer
402         } else { // buffer full (might be that no terminal is connected to this serial)
403                 tx_i = (tx_i+1)%LENGTH(tx_buffer); // shift start
404                 tx_buffer[(tx_i+tx_used)%LENGTH(tx_buffer)] = c; // overwrite old data
405         }
406         mutex_unlock(&tx_lock); // release lock
407         if (tx_used==1) { // to buffer is not empty anymore
408                 usbd_ep_write_packet(usb_device, 0x82, NULL, 0); // trigger tx callback
409         }
410 }
411
412 /** USB interrupt service routine called when data is received */
413 void usb_lp_can_rx0_isr(void) {
414         usbd_poll(usb_device);
415 }