STM32F4Cube库CDC类试用手记

relchhiclty · 发表于 2019-2-1 06:00

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STM32F4Cube库CDC类试用手记

首先说整体主观感受：比较起以前的USB设备库，HAL库的USB库有诸多改进，看来ST发心还是蛮大的。总体上是个好的库，说明文档需要再完善。
USB库提供了一些接口函数，你可以根据需要填充这些函数，来完成你需要的功能。对使用者来说，这个库是以“完形填空”的方式设计的架构。也就是说，必须把你的需要嵌合到给定的架构中，不要越雷池半步。

USB

  下面跟帖是我试用CDC设备类的笔记，与大家一起分享。如果有人只需要用USB收发数据，可以直接使用本示例的收发模块，无须研读USB规范。
  程序改自stm324xG_EVAL的CDC Device示例，可以在STM32F4-Discovery开发板（全速）和自制高速开发板上（也可以用STM32F4-Discovery开发板，加一个PHY模块就行）运行。
  实测传输效果，全速下OUT速度约为950KB/s，IN速度约为820KB/s。高速下OUT速度约29MB/s，IN速度约16MB/s，条件好时可以达到40MB/s。

  （因为以前的版本在压缩包里没有带库，有些朋友用起来比较困难，因此将最新版的STM32CubeF4 v1.8.0库打包进附件中了。）

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。

（

四、使用方法示例

1、项目文件的存放位置

<CDC_Standalone>目录下为STM32F407程序源代码。Keil项目文件为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。

<SerialApp>目录下为上位机通信测试程序，用VS2010编写。

<MSTM32Cube_FW_F4_V1.8.0>目录下是删节版STM32F4Cube HAL库，删除了很多与本示例无关的文件。

2、USB-->

C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。

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)

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

7、startup_stm32f407xx.s
HAL库默认的Heap_Size为0X200，要扩大为0x1500。实际上STM32F4Cube HAL库的USB设备库例子已经对此做了修改，但是，如果要自己用Stm32CubeMx生成CDC类程序的时侯，一定要记得手动修改Heap_Size。
HAL库默认的Stack_Size也从0x400扩大为0x500。