USB CDC库的改造和使用

USB CDC库的改造和使用

为了方便使用，对 HAL 库的 USB 设备库例子进行了改造，只保留最核心的 USB 接收和发送功能。如果只是使用 USB 收发数据，可以直接使用本例程，而不用去详细学习 USB 规范。下面是改造过程及使用方法的说明。

一、初始化

HAL_PCD_MspInit(PCD_HandleTypeDef *hpcd)函数是初始化 GPIO 接口硬件和时钟的，包括高速模式下的 ULPI 硬件时钟。该函数在 usbd_conf.c 文件中。

二、数据发送

USB 库架构中的数据发送过程  首先，用户数据产生之后，必须要先保存到一个数据缓冲区；然后将缓冲区地址告知 USB 库，并让 USB 库发送数据（不一定每次都成功）。所谓的数据发送过程，实际上是上述过程的后半部分。由于启动新的发送数据过程的时候， USB 控制器可能还没忙完上次分配的任务，这将导致发送过程失败，需要多次重试，直到成功为止。所以数据产生的过程与数据发送的过程必须相对独立。

数据发送过程又可以分成两个部分： 1 、用户程序将数据缓冲区及数据长度告知 USB 库，启动数据发送过程； 2 、 USB 库在合适的时机自动将缓冲区的数据经由 USB 线发送到主机。第 2 步用户可以暂时不用管， USB 库已经完成了。在用户程序中只用管第 1 步，这个步骤是通过下面两个函数实现的。

USBD_CDC_SetTxBuffer()和USBD_CDC_TransmitPacket()是启动数据发送过程的一组函数，要成对使用。USBD_CDC_SetTxBuffer(USBD_HandleTypeDef   *pdev, uint8_t  *pbuff, uint16_t length)函数的作用是将缓存的指针和大小放到USBD_CDC_HandleTypeDef结构变量中暂存。USBD_CDC_TransmitPacket(USBD_HandleTypeDef *pdev)函数的作用是在 USB 闲下来以后，将暂存的缓存的指针和数据大小告知 USB 发送器， USB 就会自动发送这些数据。

启动数据发送的时机  数据发送的过程暗示了 USB 控制器什么时候发送数据是用户无法控制的（实际上这是由主机决定的），这与常见的 USART 通讯有很大的不同。用户程序可以在任意时候调用这两个函数将待发送数据提交给 USB 库。 CDC 的例子程序是通过一个 Timer 定时调用这两个函数发送数据的。也有人通过 SOF 同步帧中断回调函数调用这两个函数发送数据的。只要不把 CPU 堵死，频繁点好，这样数据发送的“实时性”略高。

按：从 USB 库的例子看，这两个函数从来就是成对使用的，完全没有必要分成两个函数。而且 UM1734 USB 设备库使用说明书中的使用方法中也仅提到了用USBD_CDC_SetTxBuffer()函数发送数据。可能函数库在设计的初始阶段就没有USBD_CDC_TransmitPacket()函数。很多这样的细节缺陷，让人感觉在设计这个库的架构时，随意性比较大，不够严谨。也许法国人天生浪漫，系统分析师工作时也在任意挥洒奔放的思绪。

注意：USBD_CDC_SetTxBuffer()总是成功的，而USBD_CDC_TransmitPacket()会失败的。只有在USBD_CDC_TransmitPacket()函数成功返回之后，数据才会经 USB 发送出去。

STM32F4Cube 库的 CDC 类例子里有一个小坑：没有对发送结果做任何处理。在 CDC 类的例子里使用的是环形缓存， USB 忙的时候发送失败了也没有问题，因为 CDC 例子中的缓存指针没有修改，下次USBD_CDC_SetTxBuffer()还会把没有传送的数据再传送一次。但是，如果实用的是乒乓缓存，或者是多个缓存，就不能认为调用过USBD_CDC_SetTxBuffer()发送数据就当完事了，一定要在USBD_CDC_TransmitPacket()函数成功返回之后才可以切换缓冲数据块，否则那个缓冲区的指针就会在下次调用USBD_CDC_SetTxBuffer()被覆盖掉，数据也就神秘失踪了。 CDC 类的例子里使用最简单的环形缓存存储数据，其缺点是当数据填充到缓存的速度大于发送速度时，旧的数据会被覆盖，而发送过程对此一无所知，数据会神秘失踪。

三、数据接收

要实现数据接收，首先在初始化的时候要通过USBD_CDC_SetRxBuffer(USBD_HandleTypeDef *pdev, uint8_t *pbuff)函数给 USB 库指定一个接收缓冲区，让 USB 控制器收到数据以后可以往里填。

接收数据是通过响应CDC_Itf_Receive(uint8_t* Buf, uint32_t *Len)回调函数实现的，每次 USB 控制器收到数据后都会调用这个回调函数，从 USB 收到的数据就存放在参数表指向的数据缓冲区，参数还指明了收到的数据长度。CDC_Itf_Receive()函数在接收标记完这些数据之前别急着返回，不然你可能就摸不到剩下的数据了。USBD_CDC_ReceivePacket()函数的作用是复位 OUT 端点接收缓冲区，CDC_Itf_Receive()函数在接收完数据之后要调用该函数复位缓冲区。

有一点需要注意，CDC_Itf_Receive()函数是 USB 中断回调函数，因此应该尽快返回，只能在函数内对数据做简单的标记或处理。如果要对数据进行繁重的处理，应该在main()函数或工作进程内处理。

请忽略 UM1734 USB 设备库使用说明书第 49 页关于接收数据的说明文档，呵呵，浪漫的法国人。

四、使用方法示例

1、项目文件的存放位置

将解压生成的USB_Device目录放到STM32Cube_FW_F4_V1.3.0\Projects\ STM32F4-Discovery\Applications 目录下。 Keil 项目文件为 USB_Device\CDC_Standalone\ MDK-ARM\Project.uvproj 。如果是阅读和修改程序，建议使用 Visual Studio 2010 打开 USB_Device\CDC_Standalone\Visual Studio Project\Project.sln 文件。装备了 Visual Assist 的 VS 开发环境，其对编程的辅助作用是 Keil 望尘莫及的， 特此鸣谢Ka_Chen，他做的Keil项目转VS项目工具软件用起来非常地方便。

2 、 USB-->PC 发送数据

发送数据相对比较简单，用UsbSendData()函数发送数据。该函数在 main.c 文件中。只有在UsbSendData()函数返回值为 USBD_OK 时，发送才算完成。

3 、 PC-->USB 接收数据

这个过程略微复杂，需要从回调函数CDC_Itf_Receive()获取 PC 发送来的数据，并在合适的地方处理数据。我的例子中是在main()函数中处理。CDC_Itf_Receive()函数在 usbd_cdc_interface.c 文件中。

4 、实测效果

USB_Device\SerialApp 目录下有通过虚拟串口传输数据的 VC++ 例子。使用 USB_Device\SerialApp\Release\SerialApp.exe 程序可以测试串口读写的速度。

全速模式，使用 STM32F4-Discovery 开发板。 OUT 速度约为 950KB/s ， IN 速度约为 820KB/s 。

高速模式，使用自制的开发板，以 STM32F407IGT6 为核心，以 USB3300 为 PHY ，使用 24M 主晶振，并通过 MCO1 向 USB3300 提供时钟信号。 OUT 速度约 29MB/s ， IN 速度约 16MB/s 。

（ USB2.0 提速贴： http://itbbs.pconline.com.cn/soft/16281908.html 。试验过，没有效果。）

五、修改内容清单

本程序改自 STM324xG_EVAL 的CDC Device 示例。以下罗列了修改的内容：

1 、 usbd_cdc_interface.c

        删除 USART 相关配置

CDC_Itf_Init(void)仅保留USBD_CDC_SetRxBuffer()配置USB接收缓冲区。

CDC_Itf_DeInit(void)内容全部删除。

CDC_Itf_Control(void)是 CDC 类的控制处理，保留原状。        

CDC_Itf_Receive()是接收数据的回调函数，一定要根据需要修改。

2、usbd_conf.c

HAL_PCD_MspInit(PCD_HandleTypeDef *hpcd)是初始化 USB 相关硬件接口的，包括 GPIO 接口硬件和时钟（含 UPLI 硬件时钟）。

USBD_LL_Init(USBD_HandleTypeDef *pdev)设置内核初始化参数，在此处设置 DMA 选项。

3、usbd_desc.c

不用修改。

4、stm32f4xx_it.c

删除不再使用的中断函数。包括：

USARTx_DMA_TX_IRQHandler(void)

USARTx_IRQHandler(void)

USARTx_IRQHandler(void)

5、system_stm32f4xx.c

要在这里面设置晶振频率HSE_VALUE。除了这里，还有两个位置要设置晶振频率相关内容：

①　main.c 中的SystemClock_Config(void)函数中要设置与晶振匹配的RCC_OscInit.PLL.PLLM

②　项目设置 -->Target 栏中修改晶振频率 Xtal 。

6、stm32f4xx_hal_msp.c

其它硬件初始化用的。现在不需要使用 USB 以外的硬件，就用不着它了，从项目中删除

http://bbs.21ic.com/icview-811704-1-1.html