USB雙虛擬串口，全雙工收發(fā)!

ID:75926 · 發(fā)表于 2015-4-4 01:51

背景資料
眾所周知，國內(nèi)開發(fā)學(xué)習(xí)板80%以上的市場，已被意法半導(dǎo)體占領(lǐng)，鋪天蓋地的中文資料，眾多新生力量
的加入，使意法半導(dǎo)體的DSC芯片逆襲成為眾多高校電子信息工程的必修科目。事實上，NXP等眾多廠家
芯片的實力更強(qiáng)，然而意法半導(dǎo)體在價格上以絕對優(yōu)勢占領(lǐng)了市場，塵埃落定，其它IC廠家只剩眼紅而已。

桂林電子科技大學(xué)，主要使用NXP的Cortex-M3，北航各家都有，主要是ST的，清華大學(xué)2014年開始
布局ST公司的芯片研究，同時也不放棄50MHz以下的Cortex-M0，江蘇的大學(xué)主要研究其它廠商的
Cortex-M4�，F(xiàn)在隨隨便便一個電子專業(yè)的畢業(yè)生，都對Cortex-M3芯片了如指掌。

一、USB Serial tools 軟件簡介
USB Serial tools 是本人于2012-2013年業(yè)余制作的開發(fā)調(diào)試工具軟件包，通過注冊WINDOWS消息通知，
具備了USB虛擬串口設(shè)備插拔檢測的能力，不同于傳統(tǒng)的調(diào)試工具，該軟件還可以讓技術(shù)開發(fā)人員便捷地
查看USB虛擬串口設(shè)備的生產(chǎn)廠商信息。

二、USB雙虛擬串口簡介
意法半導(dǎo)體官方在2007-2013年，在多個Cortex-M3系列上實現(xiàn)了各種USB設(shè)備，其中包含 CDC 設(shè)備，即
USB虛擬串口，經(jīng)過多年數(shù)個版本的更新，意法半導(dǎo)體的USB CDC例程仍然存在很多不足之處，和一些
BUG，本人參考了國外大牛的基本通訊例程，和意法半導(dǎo)體最新的4.0版本CDC例程，經(jīng)過大約1個星期
斷斷續(xù)續(xù)的改進(jìn)，終于實現(xiàn)了USB雙虛擬串口，測試硬件平臺為大蝦開發(fā)板
(STM32F103VCT6核心板)，軟件平臺為MDK-ARM 4.74。

國外大牛實現(xiàn)的雙虛擬串口，使用自己編寫的驅(qū)動文件，沒有經(jīng)過微軟數(shù)字簽名，而且收發(fā)通訊只做演示，
并沒有設(shè)置任何緩沖，不能作為產(chǎn)品。本人在前人的基礎(chǔ)上修改而成的USB雙虛擬串口，驅(qū)動文件在ST
官方inf文件的基礎(chǔ)上修改，能通過微軟數(shù)字簽名。

USB Serial tools和通過微軟數(shù)字簽名認(rèn)證的USB雙虛擬串口這一套組合產(chǎn)品
USB Serial tools軟件正準(zhǔn)備申請軟件著作權(quán)專利。

三、USB雙虛擬串口的測試
利用USB Serial tools軟件對USB雙虛擬串口的部分測試，如圖1-1所示。

圖1-1 USB雙虛擬串口全雙工收發(fā)壓力測試

圖1-2 USB Serial Tools對USB雙虛擬串口設(shè)備的識別信息

圖1-3 WIN7-X64對 USB雙虛擬串口的識別信息（驅(qū)動程序通過微軟數(shù)字簽名）

圖1-4 專業(yè)工具Bus Hound對USB雙虛擬串口通訊過程的監(jiān)視情況

Bus Hound對虛擬串口(COM16)的監(jiān)視及說明:

圖1-5 64字節(jié)數(shù)據(jù)包循環(huán)發(fā)送測試(10次循環(huán))
備注:
1. 發(fā)送方為虛擬串口COM15，發(fā)送周期: 30毫秒數(shù)據(jù)包長度: 64字節(jié)
2. 之所以測試64字節(jié)，是因為USB 2.0 Full Speed (USB1.1)通訊數(shù)據(jù)包最大只有64字節(jié)；
數(shù)據(jù)包小于64字節(jié)時，Windows知道這個包收完就沒有了，會馬上讀��；
數(shù)據(jù)包等于64字節(jié)時，Windows不知道后面還有沒有發(fā)完，要求USB虛擬串口設(shè)備再發(fā)一個空包，告訴它數(shù)據(jù)包結(jié)束了。

圖1-5 129字節(jié)數(shù)據(jù)包循環(huán)發(fā)送測試2(5次循環(huán)2Mbps)

圖1-5  129字節(jié)數(shù)據(jù)包循環(huán)發(fā)送測試1(5次循環(huán)2Mbps)
備注:
1.Windows驅(qū)動每次都讀到129字節(jié)，但實際的USB傳輸還是按照3次傳輸，一般是(64+64+1)。
2.注意這里測試波特率提高到1-2Mbps是為了減少數(shù)據(jù)傳輸時間。
串口波特率不能提高到1Mbps以上，主要是受到RS485物理層收發(fā)芯片及高速光藕的價格影響，另外串口
  速度高，通訊距離也收到限制，常規(guī)應(yīng)用串口波特率基本都在500kbps以內(nèi)。

四、USB CDC設(shè)備可靠性的決定性因素

  USB 雙虛擬串口屬于USB復(fù)合設(shè)備中的其中一種，也成為雙CDC通訊設(shè)備。
  USB CDC設(shè)備可靠性，取決于軟硬件系統(tǒng)的整體設(shè)計。不管是X893的inf還是stmcdc.inf，
  實際上都是調(diào)用微軟的驅(qū)動文件usbser.sys，usbser.sys不會出現(xiàn)問題，所以CDC設(shè)備的
  可靠性就取決于上位機(jī)上層軟件和下位機(jī)的整體設(shè)計水平。
  上位機(jī)有多種CDC設(shè)備的工具軟件，可以相互取代，因此下位機(jī)底層驅(qū)動軟件的魯棒性及
硬件的可靠性設(shè)計就顯得尤為重要（這也是為什么我花很多時間去測試的原因）。

硬件方面，USB的TVS保護(hù)和布線，由于時鐘信號只有12MHz，處理比較簡單。

軟件方面，主要是看設(shè)計者對通信的各種情況考慮的是否周全，是否會有bug。
比如ST公司的工程師參考了中國設(shè)計者的代碼，但沒有理解的很深刻，將63字節(jié)
的緩沖定義改為64字節(jié)，但在數(shù)據(jù)包剛好是64字節(jié)時，未添加空字節(jié)包確認(rèn)，這個bug至今未修改。

如無人值守的場合，可以利用USB雙虛擬串口的其中之一，提供一個周期性的信號，
利用STM32或外部獨立的芯片，監(jiān)視這個周期性信號是否存在，從而通知STM32F103
"移除設(shè)備"，延時一段時間后再恢復(fù)工作。當(dāng)然還需上位機(jī)的配合，上位機(jī)必須要
具備USB設(shè)備移除和插入的檢測功能，防止自己崩潰，才能恢復(fù)正常的工作。

一般場合，USB設(shè)備出現(xiàn)故障的概率很低，不需要另外的監(jiān)控信號。

ID:272158 · 發(fā)表于 2021-4-14 09:19

上例程看看效果，樣品板卡有嗎？？？

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USB雙虛擬串口，全雙工收發(fā)!

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