Mini-F0160實(shí)現(xiàn)USB轉(zhuǎn)3路虛擬串口

本節(jié)課程主要講述如何通過(guò) Mini-F0160 開(kāi)發(fā)板實(shí)現(xiàn) USB 轉(zhuǎn)三路虛擬串口功能。

Mini-F0160 開(kāi)發(fā)板搭載 MM32F0160 ，產(chǎn)品內(nèi)嵌 1 個(gè) USB 控制器，內(nèi)置 USB PHY，兼容 USB 2.0 全速規(guī)范，提供最高 12 Mbps 數(shù)據(jù)速率，支持設(shè)備模式，USB 控制器提供了最高 8 個(gè)雙向端點(diǎn)。

本文源程序下載地址：

https://www.mindmotion.com.cn/download1.aspx?itemid=3816&typeid=5

什么是 CDC 設(shè)備

CDC 類(lèi)是 USB 通信設(shè)備類(lèi) （Communication Device Class）的簡(jiǎn)稱(chēng)。由 USB 組織定義的專(zhuān)門(mén)給各種通信設(shè)備使用的 USB 子類(lèi)。

通常，CDC類(lèi)由兩個(gè)接口子類(lèi)組成：

通信接口類(lèi)（Communication Interface Class）

主要用于主機(jī)對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理和控制，它包含一個(gè)控制類(lèi)型的端點(diǎn)和一個(gè)可選的中斷類(lèi)型端點(diǎn)。

該控制類(lèi)型端點(diǎn) 0 一般用作請(qǐng)求，可以用于配置 USB 設(shè)備枚舉虛擬串口的波特率、數(shù)據(jù)類(lèi)型的設(shè)置，比如數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、停止位等。在虛擬串口應(yīng)用中，該操作并不一定需要具體實(shí)現(xiàn)。因?yàn)橹鳈C(jī)與設(shè)備在物理上通過(guò) USB 總線進(jìn)行通信，與串口并沒(méi)有關(guān)系，在虛擬化過(guò)程中，起決定性作用的是串口驅(qū)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)將每一條具體的虛擬串口操作對(duì)應(yīng)到實(shí)際上的USB操作。同時(shí)，主機(jī)與設(shè)備之間的 USB 通信速率依然是標(biāo)準(zhǔn)的 USB2.0 Full-Speed（12Mbps）速度，并不受所謂的串口波特率影響，實(shí)際的速率取決于總線的實(shí)際使用率、驅(qū)動(dòng)訪問(wèn) USB 外設(shè)的有效速率(兩邊)以及外部環(huán)境對(duì)通信本身造成的干擾率等因素。

該中斷類(lèi)型端點(diǎn)可以用于異步事件通知，設(shè)備端可以通過(guò)該端點(diǎn)向主機(jī)發(fā)送內(nèi)部時(shí)間等，如串口狀態(tài)變化事件等。篇幅受限，本文不進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

數(shù)據(jù)接口類(lèi)（Data Interface Class）

主要用于主機(jī)和設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，包含輸入（IN）端點(diǎn)和輸出（OUT）端點(diǎn)。

輸入（IN）端點(diǎn)：

用于從設(shè)備向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。

輸出（OUT）端點(diǎn)：

用于主機(jī)向從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。

多路虛擬串口的具體實(shí)現(xiàn)

多路虛擬串口功能可以通過(guò)組合設(shè)備（Composite Device）進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。組合設(shè)備是指具有多個(gè)接口，且接口間相互獨(dú)立的USB設(shè)備。一個(gè)USB組合設(shè)備只有一個(gè)設(shè)備地址。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，可以將不同的功能與不同的接口對(duì)應(yīng)，來(lái)開(kāi)發(fā)多功能的USB設(shè)備，描述符層次結(jié)構(gòu)更清晰，出錯(cuò)容易排查。

設(shè)備描述符

設(shè)備描述符（Device Descriptor）是在設(shè)備連接時(shí)主機(jī)讀取的第一個(gè)描述符，說(shuō)明了 USB 設(shè)備的通用信息，提供關(guān)于設(shè)備、設(shè)備的配置以及任何設(shè)備所歸屬類(lèi)的信息。主機(jī)在取得設(shè)備描述符后，就可以繼續(xù)去獲取設(shè)備的配置、接口和端點(diǎn)描述符等信息。

USB 設(shè)備只有一個(gè)設(shè)備描述符。在設(shè)備描述符中，可以使用 bDeviceClass = 0x00, bDeviceSubClass = 0x00, dDeviceProtocol = 0x00 表示此類(lèi)信息在接口描述符內(nèi)給出；也可以使用【0xEF,0x02,0x01】表示當(dāng)前為組合設(shè)備。下圖為主機(jī)請(qǐng)求設(shè)備描述符，設(shè)備返回設(shè)備描述符報(bào)文：

配置描述符

配置描述符（Configuration Descriptor）說(shuō)明了一個(gè)特定配置的相關(guān)信息。當(dāng)主機(jī)請(qǐng)求配置描述符時(shí)，返回的是所有相關(guān)的接口和端點(diǎn)描述符。

一個(gè)USB設(shè)備有一個(gè)或多個(gè)配置描述符。配置描述符描述了配置所提供的接口數(shù)量。每個(gè)接口可以獨(dú)立操作。每種配置有一個(gè)或多個(gè)接口，而且每個(gè)接口有零個(gè)或多個(gè)端點(diǎn)。在一個(gè)配置中，接口不會(huì)共享一個(gè)端點(diǎn)，除非端點(diǎn)被相同接口的備用設(shè)置使用。沒(méi)有這一限制、屬于不同配置的接口可以共享端點(diǎn)。

配置描述符規(guī)定了設(shè)備的特征和能力。一般單個(gè)配置已經(jīng)足夠了，但在驅(qū)動(dòng)程序的支持下，帶有多應(yīng)用或多電源選擇的設(shè)備可支持多重配置。且每次只有一個(gè)配置被激活。每個(gè)配置需要一個(gè)配置描述符，其中含有關(guān)于設(shè)備電源使用及所支持接口數(shù)的信息。每個(gè)配置描述符都有附屬描述符（subordinate descriptor），包括一個(gè)或多個(gè)接口描述符（Interface Descriptor）以及可選的端點(diǎn)描述符（Endpoint Descriptor）。

配置描述符如下：

接口描述符

下圖所示為標(biāo)準(zhǔn)的接口描述符定義。

單個(gè)CDC類(lèi)的描述符需要兩個(gè)接口：通信接口描述符和數(shù)據(jù)接口描述符。這兩個(gè)接口需要接口關(guān)聯(lián)描述符（Interface Association Descriptor）進(jìn)行綁定。

接口關(guān)聯(lián)描述符

IAD 接口關(guān)聯(lián)描述符提供了一種功能：即把實(shí)現(xiàn)單個(gè)功能的多個(gè) Interface 打包在一起。通過(guò)接口關(guān)聯(lián)描述符打包在一起的若干 Interface 是同一個(gè)功能設(shè)備的 Interface，PC端只需要加載同一個(gè)驅(qū)動(dòng)即可。

通信（控制）接口描述符

該接口描述符需要包含功能描述符（Header，Call Management, ACM）、端點(diǎn)描述符。

功能描述符

Header 功能描述符

Call Management 功能描述符

ACM

Union 功能描述符

數(shù)據(jù)接口描述符

端點(diǎn)描述符

下圖所示為標(biāo)準(zhǔn)的端點(diǎn)描述符定義。

本文中分配的端點(diǎn)如下：

代碼：

/*CDC端點(diǎn)1*/
#defineEPNUM_CDC_0_NOTIF0x81
#defineEPNUM_CDC_0_OUT0x02
#defineEPNUM_CDC_0_IN0x82

/*CDC端點(diǎn)2*/
#defineEPNUM_CDC_1_NOTIF0x83
#defineEPNUM_CDC_1_OUT0x04
#defineEPNUM_CDC_1_IN0x84

/*CDC端點(diǎn)3*/
#defineEPNUM_CDC_2_NOTIF0x85
#defineEPNUM_CDC_2_OUT0x06
#defineEPNUM_CDC_2_IN0x86

配置描述符 / 接口描述符 / 端點(diǎn)描述符

uint8_tconstdesc_fs_configuration[]=
{
/*Confignumber,interfacecount,stringindex,totallength,attribute,powerinmA*/
TUD_CONFIG_DESCRIPTOR(1,ITF_NUM_TOTAL,0,CONFIG_TOTAL_LEN,0x00,100),

/*1stCDC:Interfacenumber,stringindex,EPnotificationaddressandsize,EPdataaddress(out,in)andsize.*/
TUD_CDC_DESCRIPTOR(ITF_NUM_CDC_0,4,EPNUM_CDC_0_NOTIF,8,EPNUM_CDC_0_OUT,EPNUM_CDC_0_IN,64),

/*2ndCDC:Interfacenumber,stringindex,EPnotificationaddressandsize,EPdataaddress(out,in)andsize.*/
TUD_CDC_DESCRIPTOR(ITF_NUM_CDC_1,4,EPNUM_CDC_1_NOTIF,8,EPNUM_CDC_1_OUT,EPNUM_CDC_1_IN,64),

/*3ndCDC:Interfacenumber,stringindex,EPnotificationaddressandsize,EPdataaddress(out,in)andsize.*/
TUD_CDC_DESCRIPTOR(ITF_NUM_CDC_2,4,EPNUM_CDC_2_NOTIF,8,EPNUM_CDC_2_OUT,EPNUM_CDC_2_IN,64),
};

字符串描述符

charconst*string_desc_arr[]=
{
(constchar[]){0x09,0x04},//0:Supportedlanguage:English(0x0409)
"MindMotion",//1:Manufacturer
"MM32-3VCP",//2:Product
"20221229",//3:Serials
"CDCVirtualCOM",//4:CDCInterface
};

CDC Task 接口

在該接口函數(shù)中，本文主要實(shí)現(xiàn)了各個(gè)串口的回環(huán)功能，即在任務(wù)處理中發(fā)送當(dāng)前端點(diǎn)的接收字符。

voidcdc_task(void)
{
uint8_titf;

for(itf=0;itf

	

	基本測(cè)試

	如上，我們就完成三路虛擬串口的CDC功能，將程序下載到MCU中，插上USB線，然后在電腦的設(shè)備管理器的端口欄就可以找到對(duì)應(yīng)的USB CDC枚舉模擬串口設(shè)備。

	

	成功枚舉，我們繼續(xù)在Windows 和 Linux 環(huán)境下測(cè)試一下通信：

	

	測(cè)試成功。本文分享到此結(jié)束，謝謝！

	審核編輯：湯梓紅