【极海APM32F407 Tiny Board】3. USB虚拟串口(CDC)测评

caizhiwei · 最新更新于2023-08-03 21:46

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USB 外设是APM407中比较复杂的外设之一了。能彻底搞懂需要花费大量时间，OTG分为主机和从机，我先从从机入手，测试验证它的虚拟串口功能。

CDC类是目前比较实用的功能了。在项目中可以用得到，我只要一跟数据线，就可以用PC对设备进行固件升级和查看日志打印等。

SB2.0标准下定义了很多子类，有音频类，CDC类，HID，打印，大容量存储类，HUB，智能卡等等，这些在usb.org官网上有具体的定义，这里主要介绍通信类CDC。USB CDC类的通信部分主要包含三部分：枚举过程、虚拟串口操作和数据通信。

APM32F4xx 中的 OTG 符合 USB2.0 规范，且符合 On-The-Go 补充标准。在常规的 USB中，从机和主机身份相对固定，数据传输的控制都由主机处理和发起。而 OTG 则可以让器件在从机和主机中转换，既可以当主机，也可以变换为从机。 OTG 常应用于设备与设备之间的交互，例如打印机和相机之间，手机和 U 盘之间都可以利用 OTG 进行数据交互。

APM32F407 作从机时，可用的 IN 端点有 4 个， OUT 端点有 4 个，合计 8 个端点。端点 0比较特殊，仅作为控制端点。作为从机时支持全速和高速，其中，高速控制器拥有两个接口， 其中有个内嵌的高速 PHY，可以减少外围设备的设计。

这里不得不表扬一下Geehy, 对比有商 GD32F407（无高速USB），GD32F450，GD32F470 （有HS USB,但是需要外置USB3300 芯片），Geehy 的USB外设集成度非常高，做的很优秀。

如何使用USB外设呢？第一步还是要进行初始化：

使用了一个非常抽象的回调函数。实际上是执行了以下函数：

2. 在主循环中就可以发送和接收数据了：

其中虚拟串口操作部分并不一定强制需要，因为若跳过这些虚拟串口的操作，实际上USB依然是可以通信的，这也就是为什么上图中，在操作虚拟串口之前会有两条数据通信的数据。之所以会有虚拟串口操作，主要是我们通常使用PC作为Host端，在PC端使用一个串口工具来与其进行通信，PC端的对应驱动将其虚拟成一个普通串口，这样一来，可以方便PC端软件通过操作串口的方式来与其进行通信，但实际上，Host端与Device端物理上是通过USB总线来进行通信的，与串口没有关系，这一虚拟化过程，起决定性作用的是对应驱动，包含如何将每一条具体的虚拟串口操作对应到实际上的USB操作。需要注意的是，Host端与Device端的USB通信速率并不受所谓的串口波特率影响，它就是标准的USB2.0全速(12Mbps)速度，实际速率取决于总线的实际使用率、驱动访问USB外设有效速率(两边)以及外部环境对通信本身造成的干扰率等因素组成。

实际上， USB 从机模式下的枚举和通信基本都依靠中断，即使在轮询中调用了收发 USB 数据的函数，最终也是会通过中断处理数据传输。

发送数据接口函数：USBD_STA_T USBD_HS_CDC_ItfSend(uint8_t *buffer, uint16_t length)；

测试发现，不管串口的波特率设置为多少，都可以正常收发数据：

最后，全速仿真运行即可。

总结：USB OTG 外设的内容非常丰富，集成了高速phy,在同类M4内核产品对比中都是非常优秀的！