STM32F4discovery_CDC_Device数据传输的一步步实现（USB2.0FS+HS）

1. 需求

某项目需要单片机把ADC数据上传到电脑。方法有两种：1、USB；2、以太网。百度必应了一番，发现有人用过NXP的LPC的一款带USB2.0 HighSpeed phy的片子，但是采用BGA封装，开发难度上了一个层次。这两年内使用的STM32F1、F4比较多，对其开发比较熟悉，资料也丰富。因此决定使用STM32F4跑一下CDC_Device例程，调一下这部分的数据传输。

2. 环境

2.1 软件

Win7、Atollic TrueSTUDIO for STM32

STM32CubeMX v4.27.0，装上STM32CubeF4 Firmware Package V1.21.0

2.2 硬件

我采用的是STM32F4discovery。也可以是STM32F4的开发板。

3. 试验

3.1 使用STM32Cube生成项目

需要用到的IO口资源：连接4个指示灯的GPIO（PD12-PD15）。连接了按键的PA0（但实际未用到）。连接了外部8MHz晶振的PH0和PH1。连接到USB插座的PA11和PA12。连接到STLINK仿真器的PA13、PA14。

3.1.1 晶振

Peripherals中需要配置RCC，STM32F4discovery未焊接外部低速晶振。因此LSE默认disable，而有8MHz晶振，因此配置为Crystal/Ceramic。

3.1.2 仿真/下载

由于使用的是STLINK（STM32discovery板载stlinkv2），配置debug模式为Serial Wire。

3.1.3 USB设备

STM32F407VG芯片支持USB2.0 Fullspeed。但是usb2.0 high speed需要外接控制器如usb3300。这里的方式是STM32F407VG的引脚pa11和pa12经过电阻直接连接USB插座。需要配置为usb_device_fullspeed。

配置USB_OTG_FS如下：PC为usb host，而STM32作为usb device。

选好了device_only后，Configuration栏的USB_DEVICE即有效。把USB_DEVICE中，配置Class For FS IP为Communication Device Class（CDC）。

3.1.4 时钟树配置

STM32F407使用外部的8MHz晶振，Input frequency输入8后，选菜单栏中的clock Configuration -> Resolve Clock Issues即可自动为芯片内部的各个模块配置好时钟频率。这里需要注意，STM32F4内置的usb controller时钟需要48HMz才能正常工作。

在这个页面没有红色字体后，这个页面的配置也就完成了。

3.1.5 内部模块配置

这个页面的各个部分采用默认值就可以了。不需要改动。（这也是我第一次跑这个demo，尽量根据前人的步骤来就不怕出错了）

3.1.6 生成代码

生成代码前需要选择project-> Settings配置工程目录以及IDE。记得把mimimum heap size和mimmum stack size提高。有网友反映这个size低了是会出error的。我把两个size都改大了，分别设为0x600和0x1000。其他默认，点击OK。

然后点Project -> Generate Code。工程初始化已经完成。

4. 用户代码修改

在main.c的合适区域增加以下代码：

4.1  引用头文件以及参数声明

顾名思义，第一个参数是接受数据，双缓冲数组结构。第二个参数是发送数据。cdc每接收一个包，会刷新接收数据。需要把其当前数据包的长度记录。

#include "usbd_cdc_if.h"

extern uint8_t UserRxBufferFS[2][2048];
extern uint8_t UserTxBufferFS[2048];

extern uint32_t nRxLength;		//// 接收到的数据长度
extern uint8_t uRxBufIndex;		//// 当前使用的缓冲区索引号
extern uint8_t  uLastRxBufIndex;//// 上次使用的接收缓冲区索引号
int bSendMark = 0;				//// 发送数据的标志

4.2 main函数内的参数初始化区域

我想知道上传到电脑的数据是否准确连续。故自行按顺序初始化了发送数组中的每个数值。

  for(i=0;i<APP_TX_DATA_SIZE;i++)
  {
	  UserTxBufferFS[i]=i;
  }

4.3 main函数内的死循环

HAL_GPIO_TogglePin(LD4_GPIO_Port, LD4_Pin);

// 每次CDC_Itf_Receive()接收到新数据都会更换缓存，所以发现缓存切换过就是有新的数据。
// 这里必须保证数据处理的速度足够快，否则缓存切换了两次才处理的话，就没法识别有新数据到来了。
if (uLastRxBufIndex != uRxBufIndex)
{
	// --> 指令译码开始。
	for (i=0; i<nRxLength; i++)
	{
		if (UserRxBufferFS[uLastRxBufIndex][i] == 0x55)	// 0x55, 开始发送数据指令
			bSendMark = 1;
		if (UserRxBufferFS[uLastRxBufIndex][i] == 0xAA)	// 0xAA, 停止发送数据指令
			bSendMark = 0;
	}
	// <-- 指令译码结束。
	uLastRxBufIndex = (uLastRxBufIndex + 1) & 1;
}

if (bSendMark)
{
	int32_t k = 0;
	while (CDC_Transmit_FS(UserTxBufferFS, APP_TX_DATA_SIZE) != USBD_OK)
	k++;
}

// 处理接收到的数据：解码数据流中的指令。可以改成你自己的数据处理过程。
// 每次CDC_Itf_Receive()接收到新数据都会更换缓存，所以发现缓存切换过就是有新的数据。
// 这里必须保证数据处理的速度足够快，否则缓存切换了两次才处理的话，就没法识别有新数据到来了。
if (uLastRxBufIndex != uRxBufIndex)
{
	// --> 指令译码开始。
	for (i=0; i<nRxLength; i++)
	{
		if (UserRxBufferFS[uLastRxBufIndex][i] == 0x55)	// 0x55, 开始发送数据指令
			bSendMark = 1;
		if (UserRxBufferFS[uLastRxBufIndex][i] == 0xAA)	// 0xAA, 停止发送数据指令
			bSendMark = 0;
	}
	// <-- 指令译码结束。
	uLastRxBufIndex = (uLastRxBufIndex + 1) & 1;
}
if (bSendMark)
{
	int32_t k = 0;
	while (CDC_Transmit_FS(UserTxBufferFS, APP_TX_DATA_SIZE) != USBD_OK)
	k++;
}

4.4 usbd_cdc_if.c

4.4.1：1维数组重新定义为2维。

uint8_t UserRxBufferFS[2][APP_RX_DATA_SIZE];

4.4.2：定义全局变量

uint32_t BuffLength;
uint32_t nRxLength;
uint8_t uRxBufIndex = 0;					//// 当前使用的缓冲区索引号
uint8_t  uLastRxBufIndex = 0;				//// 上次使用的接收缓冲区索引号

4.4.3：static int8_t CDC_Init_FS(void)这个函数内：

  USBD_CDC_SetRxBuffer(&hUsbDeviceFS, UserRxBufferFS);

改为：

  USBD_CDC_SetRxBuffer(&hUsbDeviceFS, UserRxBufferFS[0]);

4.4.4：CDC_Receive_FS函数

把

  USBD_CDC_SetRxBuffer(&hUsbDeviceFS, &Buf[0]);

  USBD_CDC_ReceivePacket(&hUsbDeviceFS);
  return (USBD_OK);

改为：

  //USBD_CDC_SetRxBuffer(&hUsbDeviceFS, &Buf[0]);

	nRxLength = *Len;
	//// 接收到的数据在main()函数中处理
	//// 这里只是简单地切换缓存
	uRxBufIndex++;
	uRxBufIndex &= 0x01;
	USBD_CDC_SetRxBuffer(&hUsbDeviceFS, &UserRxBufferFS[uRxBufIndex][0]);

  USBD_CDC_ReceivePacket(&hUsbDeviceFS);
  return (USBD_OK);

5 编译错误

5.1 错误1

..\Src\usbd_cdc_if.c:201:39: warning: passing argument 2 of 'USBD_CDC_SetRxBuffer' makes pointer from integer without a cast [-Wint-conversion]
   USBD_CDC_SetRxBuffer(&hUsbDeviceFS, UserRxBufferFS[0]);

STM32CubeMX自动生成的UserRxBufferFS是1维数组，我们的是2维数据。

因此需要把

uint8_t UserRxBufferFS[APP_RX_DATA_SIZE];

改为：

uint8_t UserRxBufferFS[2][APP_RX_DATA_SIZE];

6 试验结果

硬件照：

红色USB线用于下载，仿真调试，stlink。下面的黑色USB线用于和电脑传输用户数据，CDC。

下载好程序后，我的电脑可以自行下载了VCP驱动。可以看到虚拟出串口26。

使用网友提供的上位机软件。测得发送速度为828.48KB/s。接收速度为837.29KB/s。

打开XCOM串口调试助手。

往STM32发送55，STM32接收到0x55后，会把发送数据内的数据上传到电脑。然后对STM32发送0xaa即可停止STM32的发送。

可以看到，数据是0x00-0xff，试验中没看到明显的丢包、以及误码。但仍需进一步验证。

7. 小结

本文记录了基于STM32F4的USB2.0FS数据传输的试验过程。采用了最新的HAL库，好在网友提供了不少资料。昨天搜集资料，今天上机，现在是中午12：00。已经实现了demo功能。在此特别感谢http://bbs.21ic.com/icview-811704-1-1.html。

8. 升级到high speed

在STM32CubeMX只需要修改:

这里：

和这里：

而程序修改的步骤和上面的一样的。只是某些参数名字FS变为HS。

下载程序到板子里， 发送速度为8605.04KB/s，接收速度为26947.37KB/s。可能PCB上线路太长了。发送速度不稳定。这次的试验应该到此为止了。

参考资料有：

1. http://bbs.21ic.com/icview-811704-1-1.html

2. STM32Cube\Repository\STM32Cube_FW_F4_V1.21.0\Projects\STM324xG_EVAL\Applications\USB_Device\CDC_Standalone。这个默认安装在C:\Users\用户名下。