基于stm32的USB模拟UART的尝试F429

基于stm32的USB模拟UART的尝试F429
- 实验目的
- 场景使用原理图
- USBX 组件
- 移植USBX实现虚拟串口
- 配置USB
- 移植USBX源码
- 工程中添加对应源码
- 修改usb_otg.c
- 创建 USBX 任务
- 添加使用串口的代码
- 上机现象
- 本文中使用的测试工程

基于stm32的USB模拟UART的尝试F429

本文目标：基于stm32的USB模拟UART的尝试F429

按照本文的描述，没能跑通demo，仅做记录。

先决条件：拥有C语言基础，装有编译和集成的开发环境，比如：Keil uVision5

使用外设：USB、USART1、GPIO

HAL库版本：STM32F4xx HAL Driver version number 1.26.0

STMCubeMX版本：6.10.0

Keil uVision5版本：V5.38.0.0

实验目的

新手学习，在之前的H5的实验中，能够实现usb转串口的实验，但是移植到f103上时发现ram空间不够用，实验不成功，于是手里还有个f429的板子，想着也跟着移植试试看。学习USB虚拟UART编程，体验串口的高效接收，设计一个实验，实现基于usb模拟的串口实验。

场景使用原理图

在这个应用场景中，原理图的内容如下：

在这里插入图片描述

基于以上的原理设计，使用usb接口进行接口通讯实验。usb是一个复杂的外设，笔者并没有深入研究，我这里也只是进行简单记录，设计一个实验将USB发来的数据。

USBX 组件

使用一个开源的组件来辅助这次的实验。

参考：https://wiki.stmicroelectronics.cn/stm32mcu/wiki/Introduction_to_USBX

关于USBX ：USBX 是 Azure®RTOS USB 主机和 USB 设备嵌入式堆栈。它与 ThreadX 紧密耦合。在某些类中，它需要 FileX 和 NetX Duo 堆栈。它允许使用具有多种配置的 USB 设备、复合设备和USB OTG 进行操作。它支持 USB 电源管理。USBX 为 USB 主机和 USB 设备堆栈提供了大量的 USB 类。一旦低级驱动程序能够响应USBX 请求，模块化架构就可以更容易地移植到不同的 USB 硬件 IP 上。所有 STM32 USB IP（主机、设备、OTG、高速和全速）均由 USBX 通过通用 STM32 HAL驱动程序 API 透明支持。

USBX 分为三层，如下图所示：

① 控制器层：最底层，USB 设备控制器的驱动程序，通常是 HAL 库

② stack layer：实现 USB 设备的基本操作，比如描述符的操作、使用 endpoint 进行数据传输

③ Class layer：实现各类 USB 设备的操作，比如 HID 设备、音频设备、虚拟串口，给 APP

提供接口

在这里插入图片描述

在 STM32 的固件中，可以看到 USBX 目录，比如：

在这里插入图片描述

移植USBX实现虚拟串口

移植 Controller layer、stack layer、Class layer ，重点在于 2 点：

① 怎么初始化硬件以确保 Controller layer 可以正常运行

② 怎么编写 APP：提供设备信息、传输数据

配置USB

在这里插入图片描述

想添加USBX的代码，发现STMCubeMX没有这个组件，自己手动从源仓库进行移植添加。

在这里插入图片描述

解决一下时钟的报错问题

在这里插入图片描述

选择Yes，让上位机自行解决，顺便看一下系统时钟频率是否是自己需要跑的频率。

移植USBX源码

找到USBX的源码，将源码移植进工程路径中。

在这里插入图片描述

工程中添加对应源码

需要添加 USBX 的 3 层源码，按照模板来进行添加，我添加的文件结构如下：

在这里插入图片描述

添加含有“ux_device_class_cdc_acm”前缀的 C 文件，需要先选择目录，然后用搜索的方式来进行添加，进行回车之后然后选择文件添加。

在这里插入图片描述

再添加“stack layer”源码，可以从文件名的前面看出它们的作用，比如

“ux_device_stack”表示这是 stack 源码，“ux_utility”表示这是辅助函数，“ux_system”表示是这是系统函数。

将相关的头文件路径添加进来，然后一顿猛的编译，还是报很多错，这个时候需要耐心的一个个解决。

在这里插入图片描述

经过一番的添加对应的文件之后，解决了编译问题解决。

修改usb_otg.c

使用 STM32CubeMX 配置 usb 后生成的 usb_otg.c 里，只是初始化了 USB 控制器，并未启动它，也没有跟 USBX 建立联系，需要修改代码。

void MX_USB_OTG_FS_PCD_Init(void)
{/* USER CODE BEGIN USB_OTG_FS_Init 0 *//* USER CODE END USB_OTG_FS_Init 0 *//* USER CODE BEGIN USB_OTG_FS_Init 1 */UINT MX_USBX_Device_Init(void);MX_USBX_Device_Init();/* USER CODE END USB_OTG_FS_Init 1 */hpcd_USB_OTG_FS.Instance = USB_OTG_FS;hpcd_USB_OTG_FS.Init.dev_endpoints = 4;hpcd_USB_OTG_FS.Init.speed = PCD_SPEED_FULL;hpcd_USB_OTG_FS.Init.dma_enable = DISABLE;hpcd_USB_OTG_FS.Init.phy_itface = PCD_PHY_EMBEDDED;hpcd_USB_OTG_FS.Init.Sof_enable = DISABLE;hpcd_USB_OTG_FS.Init.low_power_enable = DISABLE;hpcd_USB_OTG_FS.Init.lpm_enable = DISABLE;hpcd_USB_OTG_FS.Init.vbus_sensing_enable = DISABLE;hpcd_USB_OTG_FS.Init.use_dedicated_ep1 = DISABLE;if (HAL_PCD_Init(&hpcd_USB_OTG_FS) != HAL_OK){Error_Handler();}/* USER CODE BEGIN USB_OTG_FS_Init 2 */HAL_PCDEx_PMAConfig(&hpcd_USB_OTG_FS, 0x00, PCD_SNG_BUF, 0x14);HAL_PCDEx_PMAConfig(&hpcd_USB_OTG_FS, 0x80, PCD_SNG_BUF, 0x54);HAL_PCDEx_PMAConfig(&hpcd_USB_OTG_FS, USBD_CDCACM_EPINCMD_ADDR, PCD_SNG_BUF, 0x94);HAL_PCDEx_PMAConfig(&hpcd_USB_OTG_FS, USBD_CDCACM_EPOUT_ADDR, PCD_SNG_BUF, 0xD4);HAL_PCDEx_PMAConfig(&hpcd_USB_OTG_FS, USBD_CDCACM_EPIN_ADDR, PCD_SNG_BUF, 0x114);ux_dcd_stm32_initialize((ULONG)USB_OTG_FS, (ULONG)&hpcd_USB_OTG_FS);HAL_PCD_Start(&hpcd_USB_OTG_FS);/* USER CODE END USB_OTG_FS_Init 2 */}

创建 USBX 任务

使用单独模式（ STANDALONE ）时，需要创建一个任务，不断运行

“_ux_system_tasks_run”函数。在默认任务中进行测试

void StartDefaultTask(void *argument)
{/* USER CODE BEGIN defaultTask *//* Infinite loop */for(;;){// HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin);// vTaskDelay(100);ux_system_tasks_run();}/* USER CODE END defaultTask */
}

添加使用串口的代码

static void SPILCDTaskFunction( void *pvParameters ) 
{char buf[100];int cnt = 0;while (1){sprintf(buf, "LCD Task Test : %d", cnt++);int ux_device_cdc_acm_send(uint8_t *datas, uint32_t len, uint32_t timeout);ux_device_cdc_acm_send((uint8_t *)buf, strlen(buf), 1000);vTaskDelay(1000); }
}

在这个文件中usbx\app\ux_device_cdc_acm.c添加如下的代码片段实现接收

static UINT ux_device_class_cdc_acm_read_callback(struct UX_SLAVE_CLASS_CDC_ACM_STRUCT *cdc_acm, UINT status, UCHAR *data_pointer, ULONG length)
{// int Draw_String(uint32_t x, uint32_t y, char *str, uint32_t front_color, uint32_t back_color);HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);extern UART_HandleTypeDef huart1;if (status == UX_SUCCESS){data_pointer[length] = '\0';// Draw_String(0, 0, (char *)data_pointer, 0x0000ff00, 0);HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, (uint8_t *)data_pointer, length);}return 0;
}

解决了编译错误之后，一顿操作之后，工程终于0错误，0警告了。