如何使用stm32 USB功能完成USB轉(zhuǎn)串口功能

1. 開(kāi)發(fā)環(huán)境

使用stm32f103c8t6，HAL庫(kù)，使用CUBE自帶的USB庫(kù)。工程使用vscode+gcc編譯，工程文件在文末鏈接下載，提供makefile和keil兩個(gè)版本。

2. 功能介紹

使用stm32 USB功能完成USB轉(zhuǎn)串口功能，使用引腳配置如下：

使用USART1作為調(diào)試信息輸出，USART2作為串口輸出，LED為系統(tǒng)指示。

3. CubeMX 配置

設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘為72MHZ，調(diào)試串口UASART1波特率為921600（選擇高波特率，少占用中斷時(shí)間），USART2波特率默認(rèn)為115200，開(kāi)啟中斷。

選擇USB Device功能，速度為默認(rèn)全速USB設(shè)備12MHZ，并使能USB_DEVICE庫(kù)，選擇Virtual Port Com （虛擬串口，VPC），使用默認(rèn)配置。

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設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘為72MHZ，然后生成工程。

4.軟件部分

使用cube生成的代碼編譯下載后，將USB插入電腦，在電腦設(shè)備管理器中將顯示新的串口設(shè)備（使用STM32的USB VPC時(shí)需要對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，驅(qū)動(dòng)在程序也在文末的鏈接中）

在串口調(diào)試助手中，可打開(kāi)或關(guān)閉串口，不過(guò)此時(shí)還沒(méi)有任何功能。

4.1 發(fā)送函數(shù)

接下來(lái)進(jìn)行功能配置，虛擬串口的主要配置代碼在 src->usbd_cdc_if.c中，其中幾個(gè)重要函數(shù)為：

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static?int8_t?CDC_Control_FS(uint8_t?cmd,?uint8_t*?pbuf,?uint16_t?length);
static?int8_t?CDC_Receive_FS(uint8_t*?Buf,?uint32_t?*Len);
uint8_t?CDC_Control_FS(uint8_t*?Buf,?uint16_t?Len);

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uint8_t CDC_Transmit_FS(uint8_t* Buf, uint16_t Len);函數(shù)用于向USB VPC發(fā)送數(shù)據(jù)，Buf為待發(fā)送的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)地址，Len為待發(fā)送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。

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/*示例一，在main函數(shù)中的while循環(huán)中輸入下列代碼
????????在連接打開(kāi)串口助手后可接收到數(shù)據(jù)*/
while(1)
{
????CDC_Control_FS((uint8_t?*)"hello
",6);
????HAL_Delay(1000);
}

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在編譯下載后，將USB插入電腦，使用川酷哦調(diào)試助手將會(huì)每秒接收到一次"hello"。

4.2 USB上電重新枚舉

在使用上面代碼的時(shí)候存在一個(gè)問(wèn)題：每次下載完程序后都需要重新拔插一次USB才可以識(shí)別串口，這是由于芯片在下載完程序后沒(méi)有重新枚舉所導(dǎo)致的。需要在設(shè)備上電后對(duì)USB進(jìn)行重新枚舉即可，使用方法為將USB DP（PA12）引腳拉低一段時(shí)間后即可。

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/*USB?重新枚舉函數(shù)*/
void?USB_Reset(void)
{
??????GPIO_InitTypeDef?GPIO_InitStruct?=?{0};
????__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
????GPIO_InitStruct.Pin?=?GPIO_PIN_12;
????GPIO_InitStruct.Mode?=?GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
????GPIO_InitStruct.Pull?=?GPIO_NOPULL;
????GPIO_InitStruct.Speed?=?GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
????HAL_GPIO_Init(GPIOA,?&GPIO_InitStruct);
????HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_RESET);
????HAL_Delay(100);
????HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_SET);
}

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該函數(shù)使用時(shí)應(yīng)放在USB初始化之前，或者使用其他IO控制三極管拉低電平。

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?/*?Configure?the?system?clock?*/
??SystemClock_Config();

??/*?USER?CODE?BEGIN?SysInit?*/
??USB_Reset();
??/*?USER?CODE?END?SysInit?*/

??/*?Initialize?all?configured?peripherals?*/
??MX_GPIO_Init();
??MX_USART1_UART_Init();
??MX_USB_DEVICE_Init();
??MX_USART2_UART_Init();

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重新下載上電后，可發(fā)現(xiàn)串口已重新枚舉識(shí)別，只需重新開(kāi)啟串口調(diào)試助手即可。

4.3 USB接收函數(shù)

static int8_t CDC_Receive_FS(uint8_t* Buf, uint32_t *Len)為USB接收回調(diào)函數(shù)，在USB VPC接收到數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)進(jìn)入該函數(shù)，在該函數(shù)中進(jìn)行USB數(shù)據(jù)接收處理即可。

USB轉(zhuǎn)串口設(shè)備，需要在stm32的USB端接收到數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)發(fā)到stm32 串口端

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static?int8_t?CDC_Receive_FS(uint8_t*?Buf,?uint32_t?*Len)
{
??/*?USER?CODE?BEGIN?6?*/
??extern?UART_HandleTypeDef?huart2,huart1;
??/*將USB接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到USART2*/
??HAL_UART_Transmit_IT(&huart2,Buf,*Len);
??
??USBD_CDC_SetRxBuffer(&hUsbDeviceFS,?&Buf[0]);
??USBD_CDC_ReceivePacket(&hUsbDeviceFS);
??return?(USBD_OK);
??/*?USER?CODE?END?6?*/
}

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在stm32虛擬的串口中發(fā)送數(shù)據(jù)，可在stm32的USART2的TX引腳（PA2）收接收到數(shù)據(jù)。

4.4 設(shè)置USB虛擬串口波特率

在前面的發(fā)送和接收中，均不能進(jìn)行波特率設(shè)置，usb發(fā)送到串口的數(shù)據(jù)波特率為默認(rèn)值115200。USB的波特率配置在static int8_t CDC_Control_FS(uint8_t cmd, uint8_t* pbuf, uint16_t length)函數(shù)中，cmd為usb cdc的控制命令，pbuf為數(shù)據(jù)接收指針，length為數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。

當(dāng)cmd為0x20時(shí)為設(shè)置虛擬串口波特率;

其接收到的數(shù)據(jù)一共七位，數(shù)據(jù)格式定義(小端模式)如下：

由于stm32芯片并不支持這么多串口參數(shù)，在無(wú)對(duì)應(yīng)參數(shù)時(shí)使用默認(rèn)配置。在接收到修改波特率命令后修改USART配置。

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case?CDC_SET_LINE_CODING:
{
??????extern?UART_HandleTypeDef?huart2;
??????huart2.Init.BaudRate=*((uint32_t*)pbuf);
??????switch?(pbuf[4])
??????{
??????case?2:
????????huart2.Init.StopBits=UART_STOPBITS_2;
????????break;
??????default:
????????huart2.Init.StopBits=UART_STOPBITS_1;
????????break;
??????}
??????switch?(pbuf[5])
??????{
??????case?1:
????????huart2.Init.Parity=UART_PARITY_ODD;
????????break;
??????case?2:
????????huart2.Init.Parity=UART_PARITY_EVEN;
????????break;
??????default:
????????huart2.Init.Parity=UART_PARITY_NONE;
????????break;
??????}

??????huart2.Init.WordLength=UART_WORDLENGTH_8B;
??????HAL_UART_Init(&huart2);
}
break;

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配置完成后，在串口調(diào)試助手中修改波特率，可該改變對(duì)應(yīng)串口數(shù)據(jù)輸出波特率，實(shí)測(cè)1.5M波特率可正常運(yùn)行。

4.5 串口接收數(shù)據(jù)

在前面部分已經(jīng)完成了USB轉(zhuǎn)串口的發(fā)送部分，還有USB轉(zhuǎn)串口的接收部分未完成。

該部分實(shí)現(xiàn)思路為在串口中斷中接收數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送至USB。

不過(guò)由于USB協(xié)議并不是實(shí)時(shí)發(fā)送，經(jīng)過(guò)測(cè)試兩次連續(xù)調(diào)用CDC_Transmit_FS小于100us將導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟包，.并且由于USB緩沖區(qū)大小原因，一次性發(fā)送或接收大量數(shù)據(jù)將會(huì)嚴(yán)重丟包。

故使用循環(huán)隊(duì)列對(duì)發(fā)送接收數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖，在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)先進(jìn)入緩沖區(qū)，然后使用定每隔500us定時(shí)將緩沖區(qū)數(shù)據(jù)分包發(fā)送。

編輯：黃飛

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