STM32H743-ARM例程22-USB_CDC

目录

• 实验平台
• USB_CDC
• USB_CDC软件框架
• STM32CubeMX生成工程
• 原理图
• 实验代码
• 实验现象

实验平台

硬件：银杏科技GT7000双核心开发板-ARM-STM32H743XIH6，银杏科技iToolXE仿真器

软件：最新版本STM32CubeH7固件库，STM32CubeMX v6.10.0，开发板环境MDK v5.35，串口工具UartAssit

USB_CDC

USB2.0标准下定义了很多子类，有音频类、CDC类、HID、打印、大容量存储类、HUB和智能卡等等。这些在usb.org官网上有具体的定义，这里主要介绍通信类CDC。USB的CDC类是USB通信设备类 （Communication Device Class）的简称。CDC类是USB组织定义的一类专门给各种通信设备（电信通信设备和中速网络通信设备）使用的USB子类。根据CDC类所针对通信设 备的不同，CDC类又被分成以下不同的模型：USB传统纯电话业务（POTS）模型，USB ISDN模型和USB网络模型。其中，USB传统纯电话业务模型，有可分为直接线控制模型（Direct Line Control Model）、抽象控制模型（Abstract Control Model）和USB电话模型（USB Telephone Model）。

如下图所示，USB CDC类的通信部分主要包含三部分：枚举过程、虚拟串口操作和数据通信。其中虚拟串口操作部分并不一定强制需要，因为若跳过这些虚拟串口的操作，实际上USB依然是可以通信的，这也就是为什么下图中，在操作虚拟串口之前会有两条数据通信的数据。之所以会有虚拟串口操作，主要是我们通常使用PC作为Host端，在PC端使用一个串口工具来与其进行通信，PC端的对应驱动将其虚拟成一个普通串口，这样一来，可以方便PC端软件通过操作串口的方式来与其进行通信，但实际上，Host端与Device端物理上是通过USB总线来进行通信的，与串口没有关系，这一虚拟化过程，起决定性作用的是对应驱动，包含如何将每一条具体的虚拟串口操作对应到实际上的USB操作。需要注意的是，Host端与Device端的USB通信速率并不受所谓的串口波特率影响，它就是标准的USB2.0全速(12Mbps)速度，实际速率取决于总线的实际使用率、驱动访问USB外设有效速率(两边)以及外部环境对通信本身造成的干扰率等因素组成。

USB_CDC软件框架

如上图所示，黄色USB Device Core部分为USB设备库文件，属于中间件，它为USB协议栈的核心源文件，一般不需要修改：

• USB Device Core中，Log/debug为打印/调试开关；
• core为USB设备核心；
• USB request中定义了枚举过程中各种标准请求的处理；
• I/O request为底层针对USB通信接口的封装。
    黄色USB Device Class部分为USB类文件，也属于中间件，USB设备库，目前ST DEMO中支持的类有HID， Customer HID， CDC， MSC， DFU， Audio， ST提供了这些类的源码框架，其他的Class或者是复合设备需要自己根据实际需求情况进行扩展或定制。如果用户需求只是需要一个标准类，比如CDC通信，那么最好就使用现成的代码，不需要做任何修改就可以实现这个CDC类通信的功能。
    蓝色USB Device HAL Driver为HAL库部分，是对USB外设接口的封装，属于底层驱动，不需要修改，它分为PCD和LL Driver，PCD处于LL Driver之上。
    红色USB Device Configuration为USB配置封装，位于USB底层HAL层驱动与中间件USB协议栈之间，一方面向上层(USB设备库)提供各种操作调用接口，另一方面，向底层USB驱动提供各种回调接口。正是由于它的存在，使得USB协议栈(USB设备库)与底层硬件完全分离，从而使USB设备库具有更加兼容所有STM32的通用性。USB Device Configuration为开放给用户的源文件，用户可以根据自己的某些特殊需要进行修改，也可以使用默认的源文件，假如没有任何特殊要求的话，我们使用默认即可。
    Application为应用层，USB Device Class有可能将自己对应该的操作接口封装在一个操作数据结构中，由应用来具体实现这些操作，在系统初始化时，由应用将已经定义好的操作接口注册到对应的USB类中，比如usbd_cdc_if，就这样，使得应用层的应用代码与属于中间件层的USB协议栈分离。同时，USB协议栈会将一些字符串描述符放到APP中，当USB初始化时将这些已经定义好的字符串通过指针初始化到USB协议栈中，以便后续需要时获取。

STM32CubeMX生成工程

我们参考前面章节STM32H743-结合CubeMX新建HAL库MDK工程，打开CubeMX软件，重复步骤不再展示，我们来看配置USB部分如下图所示：

原理图

本章实验通过调用STM32的HAL库来实现STM32的USB 设备通信，由于STM32芯片不带高速PHY，在这里我们用STM32H743XIH6和CH132连接的方式来实现数据的高速传输，通过编写的测试软件测试出传输速度。原理图如下：

实验代码

1. 主函数

int main(void)
{
    MPU_Config();
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_USB_DEVICE_Init();
    
    while (1)
    {
        //间隔延时
        HAL_Delay(1);
        if(myUsbRxNum)
        {
            static char myStr[100]={0};
            sprintf(myStr,"\r\r收到%d个字节:\r内容是:%s\r\r",myUsbRxNum,(char*)myUsbRxData);
            CDC_Transmit_HS((uint8_t *)myStr,strlen(myStr));
            myUsbRxNum=0;
        }
        //每500ms 发送一次测试数据
        static uint16_t sendTime=0;
        if(++sendTime>=500)
        {
            sendTime=0;
            CDC_Transmit_HS((uint8_t *)"test1\r",6);
            HAL_Delay(1);//等待包完全发送
            CDC_Transmit_HS((uint8_t *)"你好\r",5);
        }
        
    }
}

2. 回调函数

static int8_t CDC_Receive_HS(uint8_t* Buf, uint32_t *Len)
{

    memset(myUsbRxData, 0, 64);                // 清0缓存区 
    memcpy(myUsbRxData, Buf, *Len);           // 把接收到的数据，复制到自己的缓存区中
    myUsbRxNum = *Len;                      // 复制字节数    
    memset(Buf, 0, 64);                         // 处理完数据，清0接收缓存;  

            
    USBD_CDC_SetRxBuffer(&hUsbDeviceHS, &Buf[0]);
    USBD_CDC_ReceivePacket(&hUsbDeviceHS);
    return (USBD_OK);
}

实验现象

使用USB数据线连接GT7000的USB_Hs接口与PC端，运行程序，串口中不断接收到test1和你好，当向串口发送数据时，能正确显示数据和字节。