如何讓CDC類USB設(shè)備批量接收64字節(jié)以上數(shù)據(jù)

很多STM32開發(fā)者在實(shí)現(xiàn)CDC類虛擬串口與PC主機(jī)通信過程中，有時(shí)會(huì)遇到點(diǎn)麻煩而不得其解。那就是當(dāng)主機(jī)端單次發(fā)送的數(shù)據(jù)不超過64字節(jié)時(shí)，接收正常。一旦發(fā)送數(shù)據(jù)量大于64字節(jié)時(shí)就接收失敗，總是出現(xiàn)丟包現(xiàn)象，似乎只能接收64字節(jié)以內(nèi)的數(shù)據(jù)。網(wǎng)上有人干脆建議主機(jī)每次發(fā)送不要超過64字節(jié)，當(dāng)然，也有人提及要作分包處理但沒具體實(shí)現(xiàn)代碼可以參考。

作為CDC類的USB設(shè)備，到底能不能正確接收來自主機(jī)64字節(jié)以上的批量數(shù)據(jù)呢？

其實(shí)是可以的，只是當(dāng)我們一次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)大于當(dāng)前端點(diǎn)所支持的最大包長時(shí)【這里端點(diǎn)使用BULK傳輸，一般最大包長默認(rèn)設(shè)置為64字節(jié)】，USB模塊會(huì)做分包傳輸，將一批數(shù)據(jù)傳輸分成多個(gè)處理[或稱事務(wù)]，即多個(gè)transaction來完成，每個(gè)Transaction里的數(shù)據(jù)包傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)量為64字節(jié)。

原理性的東西，這里不多啰嗦了，網(wǎng)上有成堆的介紹資料【當(dāng)然，或許有點(diǎn)亂】。當(dāng)我們弄清整個(gè)原理后，就可以自行組織接收處理代碼了。下面我利用HAL庫，基于STM32F429芯片演示實(shí)現(xiàn)過程，重點(diǎn)在接收處理代碼。我使用STM32F429Discovery開發(fā)板，使用HSUSB模塊并令其工作在FSMODE，這樣我們就可以方便地使用片內(nèi)USBFS PHY。

我使用STM32CubeMx工具進(jìn)行配置，生成基于STM32 HAL庫的工程。使用ST提供的STM32CubeIDE進(jìn)行編譯調(diào)試。有關(guān)配置就不截圖了。

另外，我還配置了1個(gè)按鍵并開啟相應(yīng)外部中斷。每發(fā)生按鍵事件時(shí)，F(xiàn)429USB設(shè)備向PC主機(jī)發(fā)送一段打招呼的字符串，并通過串口助手顯示出來。如下圖所示：

我在main.c文件里額外定義了下面幾個(gè)變量：

其中，F(xiàn)lag_KeyPressed和Flag_DataReceived分別表示按鍵操作和收到從主機(jī)發(fā)過來的數(shù)據(jù)的情況。Rx_buffer【】數(shù)組用來存放接收來自主機(jī)的全部數(shù)據(jù)，這里的定義長度為512字節(jié)【你具體使用時(shí)按需設(shè)置】。下圖是Main.c里的主循環(huán)代碼截圖：

主循環(huán)里檢查按鍵標(biāo)志和收到數(shù)據(jù)的標(biāo)志，如有按鍵發(fā)生，則向主機(jī)發(fā)送前面提到的打招呼的字符串；如有收到來自主機(jī)的數(shù)據(jù)，則向主機(jī)回送過去。

今天的重點(diǎn)是討論USB設(shè)備如何從主機(jī)接收64字節(jié)以上的數(shù)據(jù)?；诂F(xiàn)有HAL庫，對于USB設(shè)備的接收，我們只需關(guān)注一個(gè)USB中斷接收回調(diào)函數(shù)，那就是CDC_Receive_HS（）函數(shù)。該函數(shù)在usbd_cdc_if.c文件里。我具體編寫的函數(shù)代碼如下面兩幅截圖所示。

代碼很簡單。 我在庫代碼的基礎(chǔ)上增加了橙色方框內(nèi)的代碼。基本功能就是，先讀取當(dāng)前收到的數(shù)據(jù)長度【SinglePackLength】，分整包和非整包兩種情況鑒別后再處理。若是接收的整包數(shù)據(jù)，繼續(xù)等待接收下一包；若是非整包，視為此次傳輸結(jié)束，并設(shè)置收到標(biāo)志Flag_DataReceived為非0值，然后在主循環(huán)里將收到的數(shù)據(jù)回送給主機(jī)。

其中，Max_Pack_Size是當(dāng)前CDC類BULK傳輸端點(diǎn)的最大傳輸包長，這里為64字節(jié)。

Num_Rx_Data表示接收到數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，Num_Out_Pack表示接收到的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)，Num_Packet跟Num_Out_Pack內(nèi)容一樣，不過，Num_Packet等于0還表示準(zhǔn)備開始新一輪傳輸?shù)慕邮?。這里多定義Num_Out_Pack，一個(gè)重要目的是便于調(diào)試時(shí)查看結(jié)果。

基于上面的接收處理代碼，我們來驗(yàn)證結(jié)果：

借助PC端的串口助手向STM32F429 USB設(shè)備發(fā)送了5個(gè)字符，我們通過STM32CubeIDE調(diào)試環(huán)境可以清晰地從上圖看到設(shè)備收到的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為5，數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)為1。顯然沒問題。那個(gè)Rx_buffer數(shù)組是我用來存放接收數(shù)據(jù)的，若在調(diào)試窗口打開，數(shù)據(jù)較多列表顯示會(huì)很長，這里就沒打開了。事實(shí)上接收的數(shù)據(jù)內(nèi)容也是沒問題的。

下圖是借助PC端的串口助手向STM32F429 USB設(shè)備發(fā)送了305個(gè)字符的接收情況：

顯然，對于305個(gè)字符，PC主機(jī)端要分成5包才能發(fā)送完畢，即4整包【每包64字節(jié)】再加1個(gè)非完整包。所以USB設(shè)備接收結(jié)果也正好是5包，即上圖中Num_Out_pack的數(shù)據(jù)，接收到的數(shù)據(jù)量為305，即上圖中Num_Rx_Data的數(shù)據(jù)。同樣，結(jié)果OK。

下圖是PC端剛好發(fā)送一個(gè)完整包64字節(jié)數(shù)據(jù)的USB設(shè)備接收情況，也一切正常。

也就是說，使用我上面編寫的接收處理代碼，對主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)不再局限于64字節(jié)以內(nèi)了。當(dāng)然，具體應(yīng)用時(shí)我們還可以根據(jù)主機(jī)端單次傳輸數(shù)據(jù)的大小情況及提取數(shù)據(jù)的方式適當(dāng)調(diào)整這里的Rx_buffer[]數(shù)組大小?！咀ⅲ荷厦鏈y試時(shí)我臨時(shí)關(guān)閉了設(shè)備端的數(shù)據(jù)回送功能，是為了避免截圖里的數(shù)據(jù)混亂，讓人分不清原數(shù)據(jù)和回顯數(shù)據(jù)】

有人可能在上面的接收代碼里看到了一個(gè)變量Wait_Rx_Dly。剛開始，代碼里是沒有這個(gè)變量的。后來我在測試主機(jī)發(fā)送64字節(jié)整包數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)小問題【最終到底算不算問題，或許要視具體應(yīng)用場景而定，我這里稍作了點(diǎn)處理】。

問題是這樣的：

主機(jī)每發(fā)送1包64字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí),設(shè)備端接收沒有問題，但只要主機(jī)端每次發(fā)送64字節(jié)完整數(shù)據(jù)包過來，不論相隔時(shí)間多久，設(shè)備端依然接收，且總在前次結(jié)果上累加，除非主機(jī)端發(fā)一個(gè)非64字節(jié)數(shù)據(jù)包過來，設(shè)備接收就總是視為同一次傳輸。比方像下面截圖所示：

上圖就是PC主機(jī)端借助串口助手分四次且每次發(fā)送64字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)USB設(shè)備的接收情況。從圖上不難看出，4次數(shù)據(jù)都匯集在一起了，關(guān)鍵還沒完，還在等待后續(xù)數(shù)據(jù)過來。我是希望一次傳輸做一次處理，于是我讓設(shè)備每收到一個(gè)完整數(shù)據(jù)包，就重新給定一個(gè)延時(shí)，比方3~5ms，用變量Wait_Rx_Dly來記錄延時(shí)值，在某毫秒定時(shí)中斷里對該變量做減1操作。若延時(shí)到了還沒有收到數(shù)據(jù)或延時(shí)過程中收到非完整包則視為本次傳輸結(jié)束，然后去處理剛才收到的數(shù)據(jù)。

我順便使用了HAL庫里自帶的systick中斷函數(shù)來做這個(gè)延時(shí)管理。當(dāng)接收處理代碼加上這個(gè)延時(shí)管理后，就不會(huì)出現(xiàn)不同傳輸批次的數(shù)據(jù)擠在一塊了。問題得以解決。

另外，我上面分享的接收處理代碼也有很好的通用性，并不局限于Bulk傳輸。我們知道，不同傳輸類型的端點(diǎn)的最大包長往往并不一樣，如果使用上面的參考代碼，我們只需調(diào)整那個(gè)最大包長參數(shù)【Max_Pack_Size】，并適當(dāng)調(diào)整Rx_buffer[]數(shù)組的大小就可以使用了。數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)、傳輸包個(gè)數(shù)這些變量都可以保留使用。

那段接收處理代碼很簡單，看懂了都可以自行組織編寫。順便說下，我使用的STM32F4系列的Cube庫版本為STM32F4xx HALV1.8.1。好，今天的話題就分享到這里，希望幫到有需要的人。祝君好運(yùn)！

審核編輯：湯梓紅