本節(jié)課程主要講述如何通過 Mini-F0160 開發(fā)板實現(xiàn) USB 轉(zhuǎn)三路虛擬串口功能。

Mini-F0160 開發(fā)板搭載 MM32F0160 ，產(chǎn)品內(nèi)嵌 1 個 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 個雙向端點。

什么是 CDC 設(shè)備

CDC 類是 USB 通信設(shè)備類 （Communication Device Class）的簡稱。由 USB 組織定義的專門給各種通信設(shè)備使用的 USB 子類。

通常，CDC類由兩個接口子類組成：

通信接口類（Communication Interface Class）

主要用于主機對設(shè)備進行管理和控制，它包含一個控制類型的端點和一個可選的中斷類型端點。

該控制類型端點 0 一般用作請求，可以用于配置 USB 設(shè)備枚舉虛擬串口的波特率、數(shù)據(jù)類型的設(shè)置，比如數(shù)據(jù)長度、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現(xiàn)。因為主機與設(shè)備在物理上通過 USB 總線進行通信，與串口并沒有關(guān)系，在虛擬化過程中，起決定性作用的是串口驅(qū)動，該驅(qū)動將每一條具體的虛擬串口操作對應(yīng)到實際上的USB操作。同時，主機與設(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，實際的速率取決于總線的實際使用率、驅(qū)動訪問 USB 外設(shè)的有效速率(兩邊)以及外部環(huán)境對通信本身造成的干擾率等因素。

該中斷類型端點可以用于異步事件通知，設(shè)備端可以通過該端點向主機發(fā)送內(nèi)部時間等，如串口狀態(tài)變化事件等。篇幅受限，本文不進行實現(xiàn)。

數(shù)據(jù)接口類（Data Interface Class）

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

輸入（IN）端點：

用于從設(shè)備向主機發(fā)送數(shù)據(jù)。

輸出（OUT）端點：

用于主機向從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。

多路虛擬串口的具體實現(xiàn)

多路虛擬串口功能可以通過組合設(shè)備（Composite Device）進行實現(xiàn)。組合設(shè)備是指具有多個接口，且接口間相互獨立的USB設(shè)備。一個USB組合設(shè)備只有一個設(shè)備地址。在開發(fā)過程中，可以將不同的功能與不同的接口對應(yīng)，來開發(fā)多功能的USB設(shè)備，描述符層次結(jié)構(gòu)更清晰，出錯容易排查。

設(shè)備描述符

設(shè)備描述符（Device Descriptor）是在設(shè)備連接時主機讀取的第一個描述符，說明了 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)備所歸屬類的信息。主機在取得設(shè)備描述符后，就可以繼續(xù)去獲取設(shè)備的配置、接口和端點描述符等信息。

USB 設(shè)備只有一個設(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。下圖為主機請求設(shè)備描述符，設(shè)備返回設(shè)備描述符報文：

配置描述符

配置描述符（Configuration Descriptor）說明了一個特定配置的相關(guān)信息。當(dāng)主機請求配置描述符時，返回的是所有相關(guān)的接口和端點描述符。

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

配置描述符規(guī)定了設(shè)備的特征和能力。一般單個配置已經(jīng)足夠了，但在驅(qū)動程序的支持下，帶有多應(yīng)用或多電源選擇的設(shè)備可支持多重配置。且每次只有一個配置被激活。每個配置需要一個配置描述符，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。每個配置描述符都有附屬描述符（subordinate descriptor），包括一個或多個接口描述符（Interface Descriptor）以及可選的端點描述符（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CDC類的描述符需要兩個接口：通信接口描述符和數(shù)據(jù)接口描述符。這兩個接口需要接口關(guān)聯(lián)描述符（Interface Association Descriptor）進行綁定。

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：即把實現(xiàn)單個功能的多個 Interface 打包在一起。通過接口關(guān)聯(lián)描述符打包在一起的若干 Interface 是同一個功能設(shè)備的 Interface，PC端只需要加載同一個驅(qū)動即可。

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

端點描述符

下圖所示為標(biāo)準(zhǔn)的端點描述符定義。

本文中分配的端點如下：

代碼：

/*CDC端點1*/
#defineEPNUM_CDC_0_NOTIF0x81
#defineEPNUM_CDC_0_OUT0x02
#defineEPNUM_CDC_0_IN0x82

/*CDC端點2*/
#defineEPNUM_CDC_1_NOTIF0x83
#defineEPNUM_CDC_1_OUT0x04
#defineEPNUM_CDC_1_IN0x84

/*CDC端點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，本文主要實現(xiàn)了各個串口的回環(huán)功能，即在任務(wù)處理中發(fā)送當(dāng)前端點的接收字符。

voidcdc_task(void)
{
uint8_titf;

for(itf=0;itf

	

	基本測試

	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)境下測試一下通信：

	

	測試成功。





	審核編輯：劉清