一、目的/概述
1、cherryusb还没有人支持瑞萨芯片，我们尝试在RZN2L CR52上移植CherryUSB协议栈
2、在rzn2l芯片上实现USB CDC ACM 功能(实现cherryusb hal)
3、对比CherryUSB与瑞萨原厂USB例程的性能差异
4、验证全速（12Mbps）和高速（480Mbps）模式下的传输性能
二、CherryUSB简介
2.1 什么是CherryUSB？
CherryUSB是一个轻量级的USB主机和设备协议栈，具有以下特点：
| 特性 | 说明 |
|---|---|
| 代码量小 | 核心代码约10KB，适合资源受限的MCU |
| 移植简单 | 统一的HAL抽象层，只需实现几个底层函数 |
| 性能优秀 | 优化的数据传输路径，支持DMA |
| 功能完整 | 支持USB Host/Device，包含常见USB类 |
| 社区活跃 | 持续更新维护，文档齐全 |
2.2 相关资源
三、移植涉及的文件
3.1 CherryUSB核心文件
从CherryUSB官方仓库复制以下文件到工程：
cherryusb_port/
├── cherryusb/ # CherryUSB核心库
│ ├── core/ # USB核心协议
│ │ └── usbd_core.c # USB设备核心
│ ├── class/ # USB类实现
│ │ └── cdc/ # CDC类
│ ├── common/ # 公共定义
│ ├── osal/ # OS抽象层
│ │ └── usb_osal_none.c # 无OS适配
│ └── usb_config.h # USB配置
├── config/ # 配置文件
│ └── cherryusb_config.h # CherryUSB配置
├── examples/ # 示例代码
│ ├── cdc_acm_descriptor.c # CDC描述符
│ ├── cdc_acm_descriptor.h
│ ├── cdc_acm_example.c # CDC示例
│ └── cdc_acm_example.h
└── hal/ # 硬件抽象层
├── usb_dc_rzn2l.c # RZN2L USB设备驱动
├── usb_dc_rzn2l.h
├── usb_interrupt_override.c # 中断处理
├── usb_interrupt_override.h
└── usb_reg_rzn2l.h # 寄存器定义3.2 HAL层移植文件
移植CherryUSB需要实现以下HAL层函数：
| 文件 | 功能 |
|---|---|
usb_dc_rzn2l.c |
USB设备控制器驱动，实现初始化、端点配置、数据收发 |
usb_dc_rzn2l.h |
驱动头文件，定义数据结构和函数接口 |
usb_interrupt_override.c |
USB中断处理，覆盖默认中断处理 |
usb_reg_rzn2l.h |
RZN2L USB寄存器定义 |
3.3 应用层文件
| 文件 | 功能 |
|---|---|
hal_entry.c |
主入口，初始化USB并调用CDC示例 |
cdc_acm_example.c |
CDC ACM示例，实现回显和速度测试 |
cdc_acm_descriptor.c |
USB描述符定义 |
debug_shell.c |
调试命令行 |
3.4 工程配置文件
| 文件 | 说明 |
|---|---|
script/fsp_xspi0_boot.ld |
链接脚本 |
.cproject |
e2studio工程配置 |
rzn_gen/hal_data.c |
FSP硬件配置 |
四、软件流程
4.1 USB初始化流程
4.2 USB枚举流程
4.3 CDC数据传输流程
4.3.1 接收流程（OUT方向）
4.3.2 发送流程（IN方向）
4.4 中断处理流程
4.5 主循环流程
五、测试方法
5.1 测试环境
| 项目 | 配置 |
|---|---|
| MCU | Renesas RZN2L |
| 内核 | Cortex-R52 @ 400MHz |
| 编译器 | ARM GCC 13.3.1 |
| IDE | e2studio |
| USB模式 | Device（CDC ACM） |
| 测试工具 | Python + pyserial |
5.2 测试脚本
使用Python脚本 test_cdc_speed.py 进行速度测试：
# 测试原理：
# OUT测试：主机写入10MB数据到设备，计算速度
# IN测试：设置DTR=1，设备循环发送数据，主机读取10MB，计算速度
import serial
import time
import sys
test_comx = sys.argv[1]# COM端口号
test_maxsize =10*1024*1024# 10MB
test_data =b'\xAA'*4096
# OUT测试
deftest_cdc_out():
send_count =0
begin = time.time()
while send_count < test_maxsize:
txdatalen = test_serial.write(test_data)
send_count += txdatalen
elapsed = time.time()- begin
speed_mbps =(send_count /1024/1024)/ elapsed
print("cdc out speed %.3f MB/s"% speed_mbps)
# IN测试
deftest_cdc_in():
read_count =0
begin = time.time()
while read_count < test_maxsize:
data = test_serial.read(test_maxsize)
read_count +=len(data)
elapsed = time.time()- begin
speed_mbps =(read_count /1024/1024)/ elapsed
print("cdc in speed %.3f MB/s"% speed_mbps)5.3 测试步骤
1、编译烧录固件到RZN2L开发板
2、连接USB线到PC，确认设备枚举成功
3、记录COM端口号（如COM11）
4、运行测试脚本：
python test_cdc_speed.py COM115、记录OUT和IN速度
六、性能测试结果
6.1 CherryUSB性能
全速模式（Full-Speed 12 Mbps）
=== USB CDC ACM ===
Module: USB_IP0
Mode: Peripheral
Speed: Full-Speed (12 Mbps)
EP IN: 0x81 max=64
EP OUT: 0x02 max=64
Buffer: RX=2048 TX=2048
测试结果：
cdc out speed 0.887 MB/s (10485760 B / 11.273 s)
cdc in speed 0.902 MB/s (10526720 B / 11.134 s)高速模式（High-Speed 480 Mbps）
=== USB CDC ACM ===
Module: USB_IP0
Mode: Peripheral
Speed: High-Speed (480 Mbps)
EP IN: 0x81 max=512
EP OUT: 0x02 max=512
Buffer: RX=16384 TX=16384
测试结果：
cdc out speed 25.564 MB/s (10485760 B / 0.391 s)
cdc in speed 14.797 MB/s (10526720 B / 0.676 s)6.2 瑞萨原厂例程性能
全速模式（Full-Speed 12 Mbps）
[USB] Module: USB_IP0
[USB] Mode: Peripheral
[USB] Speed: Low-Speed
[USB] DMA: OFF
[USB] BENCH_BUF_SIZE: 4096
测试结果：
OUT: 0.16 MB/s (10485760 B in 61620 ms)
IN: 0.89 MB/s (10485760 B in 11175 ms)高速模式（High-Speed 480 Mbps）
[USB] Module: USB_IP0
[USB] Mode: Peripheral
[USB] Speed: High-Speed
[USB] DMA: OFF
[USB] BENCH_BUF_SIZE: 4096
测试结果：
OUT: 5.84 MB/s (10485760 B in 1712 ms)
IN: 19.65 MB/s (10485760 B in 509 ms)6.3 性能对比
全速模式对比（Full-Speed 12 Mbps）
| 方向 | CherryUSB | 瑞萨原厂 | 对比 |
|---|---|---|---|
| OUT (主机→设备) | 0.887 MB/s | 0.16 MB/s | CherryUSB快5.5倍 |
| IN (设备→主机) | 0.902 MB/s | 0.89 MB/s | 基本持平 |
高速模式对比（High-Speed 480 Mbps）
| 方向 | CherryUSB | 瑞萨原厂 | 对比 |
|---|---|---|---|
| OUT (主机→设备) | 25.564 MB/s | 8.25 MB/s | CherryUSB快3.1倍 |
| IN (设备→主机) | 14.797 MB/s | 19.36 MB/s | 瑞萨快1.3倍 |
性能分析：
-
全速模式
：OUT方向CherryUSB大幅领先（5.5倍），IN方向基本持平
-
高速模式
：OUT方向CherryUSB领先3.1倍，IN方向瑞萨原厂略优
-
整体表现
：CherryUSB在OUT方向（主机发送到设备）性能优势明显
七、移植要点
7.1 关键配置
cherryusb_config.h中的关键配置：
#defineUSBD_IRQHandlerUSB_interrupt_override_IRQHandler
#defineUSBD_BASER_USBF_BASE
#defineCONFIG_USBDEV_EP_NUM10
#defineCONFIG_USBDEV_RX_BUFSIZE2048
#defineCONFIG_USBDEV_TX_BUFSIZE20487.2 中断处理
RZN2L的USB中断需要特殊处理，通过usb_interrupt_override.c覆盖默认中断：
voidusb_interrupt_init(void){
// 配置GIC中断
R_BSP_IrqCfgEnable(USB_INT_IRQn,3,NULL);
}
voidUSB_interrupt_override_IRQHandler(void){
externvoidUSBD_IRQHandler(uint8_t busid);
USBD_IRQHandler(0);
}7.3 描述符配置
CDC ACM描述符需要根据实际需求配置：
// 端点配置
#defineCDC_IN_EP0x81
#defineCDC_OUT_EP0x02
#defineCDC_INT_EP0x83
// 全速端点大小
#defineCDC_MAX_MPS_FS64
// 高速端点大小
#defineCDC_MAX_MPS_HS512八、总结
| 项目 | 说明 |
|---|---|
| 移植难度 | 中等，需实现HAL层和中断处理 |
| 代码量 | 约20KB（含CDC类） |
| 全速性能 | OUT 0.887 MB/s, IN 0.902 MB/s |
| 高速性能 | OUT 25.564 MB/s, IN 14.797 MB/s |
| 优势 | OUT方向性能优秀，代码轻量，移植简单 |
| 适用场景 | 需要高性能USB传输的嵌入式应用 |
核心要点：
1、CherryUSB移植主要工作在HAL层，需实现usb_dc_rzn2l.c中的底层驱动
2、中断处理需要特殊覆盖，确保USB中断正确触发
3、高速模式下性能显著优于全速，建议优先使用高速模式
4、OUT方向性能提升明显，适合大量数据接收场景
九、附录
测试环境
-
MCU
：Renesas RZN2L
-
内核
：Cortex-R52 @ 400MHz
-
编译器
：ARM GCC 13.3.1
-
IDE
：e2studio
-
USB连接
：USB Type-C
-
测试数据量
：10MB
文件结构
27_rzn2l_cherryusb_port/
├── rzn2l_cherryusb_port/ # CherryUSB移植工程
│ ├── cherryusb_port/ # CherryUSB库和移植文件
│ ├── src/ # 应用代码
│ ├── rzn_gen/ # FSP生成的配置
│ ├── script/ # 链接脚本
│ └── tools/ # 测试工具
└── RZN2L_RSK_usb_pcdc/ # 瑞萨原厂例程（对比用）
├── src/ # 应用代码
├── rzn/ # FSP库
└── tools/ # 测试工具相关链接
| 资源 | 说明 |
|---|---|
| CherryUSB仓库 | https://github.com/cherry-embedded/CherryUSB |
| RZN2L产品页 | https://www.renesas.cn/zh/products/rz-n2l |
| FSP文档 | https://github.com/renesas/rzn-fsp/releases/tag/v2.0.0 |
