STM32 USB虛擬串口

本文轉載自查看原文 2014-11-30 00:43 64846 stm32/ usb

串口調試在項目中被使用越來越多，串口資源的緊缺也變的尤為突出。很多本本人群，更是深有體會，不准備一個USB轉串口工具就沒辦法進行開發。本章節來簡單概述STM32低端芯片上的USB虛擬串口的移植。在官方DEMO中已經提供了現成的程序，這里對修改方法做簡單說明。

官方demo及驅動程序，我存放在百度盤：

http://pan.baidu.com/s/1hq3moE4

首先打開官方demo我們開始進行移植，第一步復制我們可用的文件，操作如下：

Projects\Virtual_COM_Port文件夾下，復制紅線部分

圖1

圖2

我為了方便演示統放在usb/src文件夾下：

圖3

現在復制USB的庫文件，這些文件不需要我們修改：

圖4

上圖中的文件統一放在usb/lib文件夾下：

圖5

好了現在所需要的文件我們以復制完了。這里先講一下DEMO程序的主要工作流程：

圖6

由上圖可知，PC通過虛擬串口發送數據到STM32 usb口，STM32再通過usart1發送數據到PC串口。我們做項目時，只用USB虛擬串口即可。所以我們現在需要把串口發送部分刪除。把USB做為一個COM口來使用。我們要如何使用這個USB口呢？demo中是把USB發送數據做了一個緩存，先把要發送的數據存入緩存中，然后由USB自動發送出去。而接收部分是直接通過串口透傳。我們在應用時就需要用到兩個FIFO，1是發送，這個和demo方式是樣；2是接收，接收也做一個緩存，我們通過查詢來判斷是否收到新數據。這下大家應該明白為什么使用兩個FIFO了。我這里有寫好的FIFO庫函數可直接使用Queue.c文件。

現在開始修改：

1，stm32_it.c 更名為usb_it.c刪除無用代碼，只保留usb中斷函數，和喚醒函數。代碼如下：

代碼1

 1 /* Includes ------------------------------------------------------------------*/
 2 #include "hw_config.h"
 3 #include "usb_lib.h"
 4 #include "usb_istr.h"
 5 
 6 
 7 /*******************************************************************************
 8 * Function Name  : USB_IRQHandler
 9 * Description    : This function handles USB Low Priority interrupts
10 *                  requests.
11 * Input          : None
12 * Output         : None
13 * Return         : None
14 *******************************************************************************/
15 #if defined(STM32L1XX_MD) || defined(STM32L1XX_HD)|| defined(STM32L1XX_MD_PLUS)|| defined (STM32F37X)
16 void USB_LP_IRQHandler(void)
17 #else
18 void USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler(void)
19 #endif
20 {
21   USB_Istr();
22 }
23 
24 /*******************************************************************************
25 * Function Name  : USB_FS_WKUP_IRQHandler
26 * Description    : This function handles USB WakeUp interrupt request.
27 * Input          : None
28 * Output         : None
29 * Return         : None
30 *******************************************************************************/
31 
32 #if defined(STM32L1XX_MD) || defined(STM32L1XX_HD)|| defined(STM32L1XX_MD_PLUS)
33 void USB_FS_WKUP_IRQHandler(void)
34 #else
35 void USBWakeUp_IRQHandler(void)
36 #endif
37 {
38   EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line18);
39 }

2，修改代碼hw_config.c刪除無用代碼，新建立2組，讀FIFO和寫FIFO的函數。后面會用到。

代碼如下：

代碼2

  1 /* Includes ------------------------------------------------------------------*/
  2 
  3 #include "usb_lib.h"
  4 #include "usb_prop.h"
  5 #include "usb_desc.h"
  6 #include "hw_config.h"
  7 #include "usb_pwr.h"
  8 #include "Queue.h"
  9 
 10 
 11 /* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
 12 /* Private define ------------------------------------------------------------*/
 13 /* Private macro -------------------------------------------------------------*/
 14 /* Private variables ---------------------------------------------------------*/
 15 ErrorStatus HSEStartUpStatus;
 16 USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
 17 EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
 18 
 19 
 20 #define USB_COM_RX_BUF_SIZE         (1024 + 256)
 21 #define USB_COM_TX_BUF_SIZE         (1024 + 256)
 22 
 23 static QUEUE8_t m_QueueUsbComRx         = {0};
 24 static QUEUE8_t m_QueueUsbComTx         = {0};
 25 static uint8_t  m_UsbComRxBuf[USB_COM_RX_BUF_SIZE]      = {0};     
 26 static uint8_t  m_UsbComTxBuf[USB_COM_TX_BUF_SIZE]      = {0};   
 27 
 28 static void IntToUnicode (uint32_t value , uint8_t *pbuf , uint8_t len);
 29 /* Extern variables ----------------------------------------------------------*/
 30 
 31 extern LINE_CODING linecoding;
 32 
 33 /* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
 34 /* Private functions ---------------------------------------------------------*/
 35 /*******************************************************************************
 36 * Function Name  : Set_System
 37 * Description    : Configures Main system clocks & power
 38 * Input          : None.
 39 * Return         : None.
 40 *******************************************************************************/
 41 void Set_System(void)
 42 {
 43   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
 44 
 45   QUEUE_PacketCreate(&m_QueueUsbComRx, m_UsbComRxBuf, sizeof(m_UsbComRxBuf));
 46   QUEUE_PacketCreate(&m_QueueUsbComTx, m_UsbComTxBuf, sizeof(m_UsbComTxBuf));
 47   
 48   /* Enable USB_DISCONNECT GPIO clock */
 49   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIO_DISCONNECT, ENABLE);
 50 
 51   /* Configure USB pull-up pin */
 52   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = USB_DISCONNECT_PIN;
 53   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
 54   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
 55   GPIO_Init(USB_DISCONNECT, &GPIO_InitStructure);
 56   
 57   /* Configure the EXTI line 18 connected internally to the USB IP */
 58   EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line18);
 59   EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line18; 
 60   EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising;
 61   EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
 62   EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
 63 
 64   
 65 }
 66 
 67 /*******************************************************************************
 68 * Function Name  : Set_USBClock
 69 * Description    : Configures USB Clock input (48MHz)
 70 * Input          : None.
 71 * Return         : None.
 72 *******************************************************************************/
 73 void Set_USBClock(void)
 74 {
 75   /* Select USBCLK source */
 76   RCC_USBCLKConfig(RCC_USBCLKSource_PLLCLK_1Div5);
 77   
 78   /* Enable the USB clock */
 79   RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USB, ENABLE);
 80 }
 81 
 82 /*******************************************************************************
 83 * Function Name  : Enter_LowPowerMode
 84 * Description    : Power-off system clocks and power while entering suspend mode
 85 * Input          : None.
 86 * Return         : None.
 87 *******************************************************************************/
 88 void Enter_LowPowerMode(void)
 89 {
 90   /* Set the device state to suspend */
 91   bDeviceState = SUSPENDED;
 92 }
 93 
 94 /*******************************************************************************
 95 * Function Name  : Leave_LowPowerMode
 96 * Description    : Restores system clocks and power while exiting suspend mode
 97 * Input          : None.
 98 * Return         : None.
 99 *******************************************************************************/
100 void Leave_LowPowerMode(void)
101 {
102   DEVICE_INFO *pInfo = &Device_Info;
103 
104   /* Set the device state to the correct state */
105   if (pInfo->Current_Configuration != 0)
106   {
107     /* Device configured */
108     bDeviceState = CONFIGURED;
109   }
110   else
111   {
112     bDeviceState = ATTACHED;
113   }
114   /*Enable SystemCoreClock*/
115 //  SystemInit();
116 }
117 
118 /*******************************************************************************
119 * Function Name  : USB_Interrupts_Config
120 * Description    : Configures the USB interrupts
121 * Input          : None.
122 * Return         : None.
123 *******************************************************************************/
124 void USB_Interrupts_Config(void)
125 {
126   NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; 
127 
128   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USB_LP_CAN1_RX0_IRQn;
129   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
130   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
131   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
132   NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
133   
134     /* Enable the USB Wake-up interrupt */
135   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USBWakeUp_IRQn;
136   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
137   NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
138 }
139 
140 /*******************************************************************************
141 * Function Name  : USB_Cable_Config
142 * Description    : Software Connection/Disconnection of USB Cable
143 * Input          : None.
144 * Return         : Status
145 *******************************************************************************/
146 void USB_Cable_Config (FunctionalState NewState)
147 {
148   if (NewState == DISABLE)
149   {
150     GPIO_ResetBits(USB_DISCONNECT, USB_DISCONNECT_PIN);
151   }
152   else
153   {
154     GPIO_SetBits(USB_DISCONNECT, USB_DISCONNECT_PIN);
155   }
156 }
157 
158 /*******************************************************************************
159 * Function Name : void USB_Config(void)
160 * Description   : USB系統初始化
161 * Input         : 
162 * Output        : 
163 * Other         : 
164 * Date          : 2014.11.28
165 *******************************************************************************/
166 void USB_Config(void)
167 {
168     Set_System();
169 
170     Set_USBClock();
171 
172     USB_Interrupts_Config();
173 
174     USB_Init();
175 }
176 
177 /*******************************************************************************
178 * Function Name : uint32_t USB_RxRead(uint8_t *buffter, uint32_t buffterSize)
179 * Description   : 從USB接收緩存中讀數據
180 * Input         : 
181 * Output        : 
182 * Other         : 
183 * Date          : 2014.11.28
184 *******************************************************************************/
185 uint32_t USB_RxRead(uint8_t *buffter, uint32_t buffterSize)
186 {
187     return QUEUE_PacketOut(&m_QueueUsbComRx, buffter, buffterSize);
188 }
189 /*******************************************************************************
190 * Function Name : uint32_t USB_RxWrite(uint8_t *buffter, uint32_t writeLen)
191 * Description   : 寫數據到USB接收緩存中
192 * Input         : 
193 * Output        : 
194 * Other         : 
195 * Date          : 2014.11.28
196 *******************************************************************************/
197 uint32_t USB_RxWrite(uint8_t *buffter, uint32_t writeLen)
198 {
199     return QUEUE_PacketIn(&m_QueueUsbComRx, buffter, writeLen);
200 }
201 /*******************************************************************************
202 * Function Name : uint32_t USB_TxRead(uint8_t *buffter, uint32_t buffterSize)
203 * Description   : 從USB發送緩存中讀數據
204 * Input         : 
205 * Output        : 
206 * Other         : 
207 * Date          : 2014.11.28
208 *******************************************************************************/
209 uint32_t USB_TxRead(uint8_t *buffter, uint32_t buffterSize)
210 {
211     return QUEUE_PacketOut(&m_QueueUsbComTx, buffter, buffterSize);;
212 }
213 /*******************************************************************************
214 * Function Name : uint32_t USB_TxWrite(uint8_t *buffter, uint32_t writeLen)
215 * Description   : 寫數據到USB發送緩存中
216 * Input         : 
217 * Output        : 
218 * Other         : 
219 * Date          : 2014.11.28
220 *******************************************************************************/
221 uint32_t USB_TxWrite(uint8_t *buffter, uint32_t writeLen)
222 {
223     return QUEUE_PacketIn(&m_QueueUsbComTx, buffter, writeLen);
224 }
225 
226 
227 
228 /*******************************************************************************
229 * Function Name  : Get_SerialNum.
230 * Description    : Create the serial number string descriptor.
231 * Input          : None.
232 * Output         : None.
233 * Return         : None.
234 *******************************************************************************/
235 void Get_SerialNum(void)
236 {
237   uint32_t Device_Serial0, Device_Serial1, Device_Serial2;
238 
239   Device_Serial0 = *(uint32_t*)ID1;
240   Device_Serial1 = *(uint32_t*)ID2;
241   Device_Serial2 = *(uint32_t*)ID3;  
242 
243   Device_Serial0 += Device_Serial2;
244 
245   if (Device_Serial0 != 0)
246   {
247     IntToUnicode (Device_Serial0, &Virtual_Com_Port_StringSerial[2] , 8);
248     IntToUnicode (Device_Serial1, &Virtual_Com_Port_StringSerial[18], 4);
249   }
250 }
251 
252 /*******************************************************************************
253 * Function Name  : HexToChar.
254 * Description    : Convert Hex 32Bits value into char.
255 * Input          : None.
256 * Output         : None.
257 * Return         : None.
258 *******************************************************************************/
259 static void IntToUnicode (uint32_t value , uint8_t *pbuf , uint8_t len)
260 {
261   uint8_t idx = 0;
262   
263   for( idx = 0 ; idx < len ; idx ++)
264   {
265     if( ((value >> 28)) < 0xA )
266     {
267       pbuf[ 2* idx] = (value >> 28) + '0';
268     }
269     else
270     {
271       pbuf[2* idx] = (value >> 28) + 'A' - 10; 
272     }
273     
274     value = value << 4;
275     
276     pbuf[ 2* idx + 1] = 0;
277   }
278 }
279 
280 /************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/

View Code

這里要講一下為什么要屏蔽SystemInit()，因為demo只運行虛擬串口功能，在USB未插入的情況下，是進入低功耗狀態，插入時從低功耗狀態退出后會調用此函數。當然我們在項目中一般不會這樣，系統是否運行和插USB接口沒有聯系。所以我在下文中把進入低功耗代碼屏蔽了，自然也就不用喚醒代碼了。

圖7

關於USB口使能控制引腳，需要根據開發板的引腳定義來修改宏定義platform_config.h文件中，筆者使用的是神舟3號開發板，控制信號剛好和demo相反，所以修改hw_config.c代碼如下：

代碼3

 1 /*******************************************************************************
 2 * Function Name  : USB_Cable_Config
 3 * Description    : Software Connection/Disconnection of USB Cable
 4 * Input          : None.
 5 * Return         : Status
 6 *******************************************************************************/
 7 void USB_Cable_Config (FunctionalState NewState)
 8 {
 9   if (NewState == DISABLE)
10   {
11     GPIO_ResetBits(USB_DISCONNECT, USB_DISCONNECT_PIN);
12   }
13   else
14   {
15     GPIO_SetBits(USB_DISCONNECT, USB_DISCONNECT_PIN);
16   }
17 }

3，現在修改USB 回調函數中的代碼usb_endp.c文件。使用下文代碼替換：

代碼4

  1 /* Includes ------------------------------------------------------------------*/
  2 #include "usb_lib.h"
  3 #include "usb_desc.h"
  4 #include "usb_mem.h"
  5 #include "hw_config.h"
  6 #include "usb_istr.h"
  7 #include "usb_pwr.h"
  8 
  9 /* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
 10 /* Private define ------------------------------------------------------------*/
 11 
 12 /* Interval between sending IN packets in frame number (1 frame = 1ms) */
 13 #define VCOMPORT_IN_FRAME_INTERVAL             5
 14 
 15 /* Private macro -------------------------------------------------------------*/
 16 /* Private variables ---------------------------------------------------------*/
 17 static uint8_t txBuffter[VIRTUAL_COM_PORT_DATA_SIZE] = {0};
 18 static volatile uint8_t txFlg = 0;
 19 static volatile uint32_t FrameCount = 0;
 20 
 21 
 22 /* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
 23 /* Private functions ---------------------------------------------------------*/
 24 
 25 /*******************************************************************************
 26 * Function Name  : EP1_IN_Callback
 27 * Description    :
 28 * Input          : None.
 29 * Output         : None.
 30 * Return         : None.
 31 *******************************************************************************/
 32 void EP1_IN_Callback (void)
 33 {
 34     uint16_t len = 0;
 35     
 36     if (1 == txFlg)
 37     {
 38         len = USB_TxRead(txBuffter, sizeof(txBuffter));
 39 
 40         if (len > 0)
 41         {
 42             UserToPMABufferCopy(txBuffter, ENDP1_TXADDR, len);
 43             SetEPTxCount(ENDP1, len);
 44             SetEPTxValid(ENDP1); 
 45             FrameCount = 0;
 46         }
 47         else
 48         {
 49             txFlg = 0;
 50         }
 51     }
 52 }
 53 
 54 /*******************************************************************************
 55 * Function Name  : EP3_OUT_Callback
 56 * Description    :
 57 * Input          : None.
 58 * Output         : None.
 59 * Return         : None.
 60 *******************************************************************************/
 61 void EP3_OUT_Callback(void)
 62 {
 63   static uint8_t buffter[VIRTUAL_COM_PORT_DATA_SIZE] = {0};
 64 
 65   uint16_t USB_Rx_Cnt;
 66   
 67   /* Get the received data buffer and update the counter */
 68   USB_Rx_Cnt = USB_SIL_Read(EP3_OUT, buffter);
 69   
 70   /* USB data will be immediately processed, this allow next USB traffic being 
 71   NAKed till the end of the USART Xfer */
 72   USB_RxWrite(buffter, USB_Rx_Cnt);
 73 
 74   /* Enable the receive of data on EP3 */
 75   SetEPRxValid(ENDP3);
 76 
 77 }
 78 
 79 
 80 /*******************************************************************************
 81 * Function Name  : SOF_Callback / INTR_SOFINTR_Callback
 82 * Description    :
 83 * Input          : None.
 84 * Output         : None.
 85 * Return         : None.
 86 *******************************************************************************/
 87 void SOF_Callback(void)
 88 {
 89     uint16_t len = 0;
 90 
 91     if(bDeviceState == CONFIGURED)
 92     {
 93         if (0 == txFlg)
 94         {
 95             if (FrameCount++ == VCOMPORT_IN_FRAME_INTERVAL)
 96             {
 97                 /* Reset the frame counter */
 98                 FrameCount = 0;
 99 
100                 /* Check the data to be sent through IN pipe */
101                 len = USB_TxRead(txBuffter, sizeof(txBuffter));
102 
103                 if (len > 0)
104                 {
105                     UserToPMABufferCopy(txBuffter, ENDP1_TXADDR, len);
106                     SetEPTxCount(ENDP1, len);
107                     SetEPTxValid(ENDP1);
108 
109                     txFlg = 1;
110                 }
111             }
112         }
113     }  
114 }
115 /************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/

這里講下大概意思，函數EP3_OUT_Callback是在USB口收到數據后，將數據存入FIFO中。

函數SOF_Callback定時查詢用戶是否有要發送的數據，如果有則進行發送，在發送完成后會觸發發送中斷EP1_IN_Callback函數，如果發送完畢就不調用SetEPTxValid(ENDP1)函數，發送完成后就不會再觸發EP1_IN_Callback函數。

4，修改usb_pwr.c在前文中說到：不讓系統進入休眠狀態，這里屏蔽185行 __WFI();

5，修改usb_prop.c屏蔽COM初始化代碼。137行USART_Config_Default(); 237行USART_Config();

6，修改usb_desc.c 這里修改需要參考一些USB專業的書籍，推薦全圈圈的書，講的通俗易懂。關於本程序的驅動，筆者在win7下測試可以自動安裝，如果無法自動安裝可使用文章開始的鏈接中的驅動程序。本文件如果修改需謹慎，其中pid,vid是制造商ID和產品編號，如果修改了那驅動也要對應修改，官方驅動就無法自動進行安裝了。

到這里移植就差不多完成了，下面進行測試。由於USB虛擬串口不受波特率限制，所以筆者進行過50k/s的壓力測試，運行半小時未丟1個字節。

移植好的工程STM32_UsbVirtualCom.rar也一起存放在上文章開始的鏈接中。

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