[经验] STM32 USB虚拟串口（有源码）

原文出处:http://bbs.elecfans.com/jishu_467116_1_1.html

串口调试在项目中被使用越来越多，串口资源的紧缺也变的尤为突出。很多本本人群，更是深有体会，不准备一个USB转串口工具就没办法进行开发。本章节来简单概述STM32低端芯片上的USB虚拟串口的移植。在官方DEMO中已经提供了现成的程序，这里对修改方法做简单说明。

         官方demo及驱动程序，我存放在百度盘：

         http://pan.baidu.com/s/1hq3moE4

首先打开官方demo我们开始进行移植，第一步复制我们可用的文件，操作如下：

Projects\Virtual_COM_Port文件夹下，复制红线部分

图1

图2

我为了方便演示统放在usb/src文件夹下：

图3

现在复制USB的库文件，这些文件不需要我们修改：

图4

上图中的文件统一放在usb/lib文件夹下：

图5

         好了现在所需要的文件我们以复制完了。这里先讲一下DEMO程序的主要工作流程：

图6

         由上图可知，PC通过虚拟串口发送数据到STM32 usb口，STM32再通过usart1发送数据到PC串口。我们做项目时，只用USB虚拟串口即可。所以我们现在需要把串口发送部分删除。把USB做为一个COM口来使用。我们要如何使用这个USB口呢？demo中是把USB发送数据做了一个缓存，先把要发送的数据存入缓存中，然后由USB自动发送出去。而接收部分是直接通过串口透传。我们在应用时就需要用到两个FIFO，1是发送，这个和demo方式是样；2是接收，接收也做一个缓存，我们通过查询来判断是否收到新数据。这下大家应该明白为什么使用两个FIFO了。 我这里有写好的FIFO库函数可直接使用Queue.c文件。

         现在开始修改：

1，stm32_it.c 更名为usb_it.c删除无用代码，只保留usb中断函数，和唤醒函数。代码如下：

代码1

1. <span style="background-color: white;">/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
   
2. #include "hw_config.h"
   
3. #include "usb_lib.h"
   
4. #include "usb_istr.h"
   
5. 
   
6. 
   
7. /*******************************************************************************
   
8. * Function Name  : USB_IRQHandler
   
9. * Description    : This function handles USB Low Priority interrupts
   
10. *                  requests.
    
11. * Input          : None
    
12. * Output         : None
    
13. * Return         : None
    
14. *******************************************************************************/
    
15. #if defined(STM32L1XX_MD) || defined(STM32L1XX_HD)|| defined(STM32L1XX_MD_PLUS)|| defined (STM32F37X)
    
16. void USB_LP_IRQHandler(void)
    
17. #else
    
18. void USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler(void)
    
19. #endif
    
20. {
    
21.   USB_Istr();
    
22. }
    
23. 
    
24. /*******************************************************************************
    
25. * Function Name  : USB_FS_WKUP_IRQHandler
    
26. * Description    : This function handles USB WakeUp interrupt request.
    
27. * Input          : None
    
28. * Output         : None
    
29. * Return         : None
    
30. *******************************************************************************/
    
31. 
    
32. #if defined(STM32L1XX_MD) || defined(STM32L1XX_HD)|| defined(STM32L1XX_MD_PLUS)
    
33. void USB_FS_WKUP_IRQHandler(void)
    
34. #else
    
35. void USBWakeUp_IRQHandler(void)
    
36. #endif
    
37. {
    
38.   EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line18);
    
39. }</span>

复制代码

2，修改代码hw_config.c删除无用代码，新建立2组，读FIFO和写FIFO的函数。后面会用到。

代码如下：

代码2

1. <span style="background-color: white;">/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
   
2. 
   
3. #include "usb_lib.h"
   
4. #include "usb_prop.h"
   
5. #include "usb_desc.h"
   
6. #include "hw_config.h"
   
7. #include "usb_pwr.h"
   
8. #include "Queue.h"
   
9. 
   
10. 
    
11. /* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
    
12. /* Private define ------------------------------------------------------------*/
    
13. /* Private macro -------------------------------------------------------------*/
    
14. /* Private variables ---------------------------------------------------------*/
    
15. ErrorStatus HSEStartUpStatus;
    
16. USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    
17. EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
    
18. 
    
19. 
    
20. #define USB_COM_RX_BUF_SIZE         (1024 + 256)
    
21. #define USB_COM_TX_BUF_SIZE         (1024 + 256)
    
22. 
    
23. static QUEUE8_t m_QueueUsbComRx         = {0};
    
24. static QUEUE8_t m_QueueUsbComTx         = {0};
    
25. static uint8_t  m_UsbComRxBuf[USB_COM_RX_BUF_SIZE]      = {0};     
    
26. static uint8_t  m_UsbComTxBuf[USB_COM_TX_BUF_SIZE]      = {0};   
    
27. 
    
28. static void IntToUnicode (uint32_t value , uint8_t *pbuf , uint8_t len);
    
29. /* Extern variables ----------------------------------------------------------*/
    
30. 
    
31. extern LINE_CODING linecoding;
    
32. 
    
33. /* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
    
34. /* Private functions ---------------------------------------------------------*/
    
35. /*******************************************************************************
    
36. * Function Name  : Set_System
    
37. * Description    : Configures Main system clocks & power
    
38. * Input          : None.
    
39. * Return         : None.
    
40. *******************************************************************************/
    
41. void Set_System(void)
    
42. {
    
43.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
44. 
    
45.   QUEUE_PacketCreate(&m_QueueUsbComRx, m_UsbComRxBuf, sizeof(m_UsbComRxBuf));
    
46.   QUEUE_PacketCreate(&m_QueueUsbComTx, m_UsbComTxBuf, sizeof(m_UsbComTxBuf));
    
47.   
    
48.   /* Enable USB_DISCONNECT GPIO clock */
    
49.   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIO_DISCONNECT, ENABLE);
    
50. 
    
51.   /* Configure USB pull-up pin */
    
52.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = USB_DISCONNECT_PIN;
    
53.   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    
54.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    
55.   GPIO_Init(USB_DISCONNECT, &GPIO_InitStructure);
    
56.   
    
57.   /* Configure the EXTI line 18 connected internally to the USB IP */
    
58.   EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line18);
    
59.   EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line18; 
    
60.   EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising;
    
61.   EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
    
62.   EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
    
63. 
    
64.   
    
65. }
    
66. 
    
67. /*******************************************************************************
    
68. * Function Name  : Set_USBClock
    
69. * Description    : Configures USB Clock input (48MHz)
    
70. * Input          : None.
    
71. * Return         : None.
    
72. *******************************************************************************/
    
73. void Set_USBClock(void)
    
74. {
    
75.   /* Select USBCLK source */
    
76.   RCC_USBCLKConfig(RCC_USBCLKSource_PLLCLK_1Div5);
    
77.   
    
78.   /* Enable the USB clock */
    
79.   RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USB, ENABLE);
    
80. }
    
81. 
    
82. /*******************************************************************************
    
83. * Function Name  : Enter_LowPowerMode
    
84. * Description    : Power-off system clocks and power while entering suspend mode
    
85. * Input          : None.
    
86. * Return         : None.
    
87. *******************************************************************************/
    
88. void Enter_LowPowerMode(void)
    
89. {
    
90.   /* Set the device state to suspend */
    
91.   bDeviceState = SUSPENDED;
    
92. }
    
93. 
    
94. /*******************************************************************************
    
95. * Function Name  : Leave_LowPowerMode
    
96. * Description    : Restores system clocks and power while exiting suspend mode
    
97. * Input          : None.
    
98. * Return         : None.
    
99. *******************************************************************************/
    
100. void Leave_LowPowerMode(void)
     
101. {
     
102.   DEVICE_INFO *pInfo = &Device_Info;
     
103. 
     
104.   /* Set the device state to the correct state */
     
105.   if (pInfo->Current_Configuration != 0)
     
106.   {
     
107.     /* Device configured */
     
108.     bDeviceState = CONFIGURED;
     
109.   }
     
110.   else
     
111.   {
     
112.     bDeviceState = ATTACHED;
     
113.   }
     
114.   /*Enable SystemCoreClock*/
     
115. //  SystemInit();
     
116. }
     
117. 
     
118. /*******************************************************************************
     
119. * Function Name  : USB_Interrupts_Config
     
120. * Description    : Configures the USB interrupts
     
121. * Input          : None.
     
122. * Return         : None.
     
123. *******************************************************************************/
     
124. void USB_Interrupts_Config(void)
     
125. {
     
126.   NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; 
     
127. 
     
128.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USB_LP_CAN1_RX0_IRQn;
     
129.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
     
130.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
     
131.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
     
132.   NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
     
133.   
     
134.     /* Enable the USB Wake-up interrupt */
     
135.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USBWakeUp_IRQn;
     
136.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
     
137.   NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
     
138. }
     
139. 
     
140. /*******************************************************************************
     
141. * Function Name  : USB_Cable_Config
     
142. * Description    : Software Connection/Disconnection of USB Cable
     
143. * Input          : None.
     
144. * Return         : Status
     
145. *******************************************************************************/
     
146. void USB_Cable_Config (FunctionalState NewState)
     
147. {
     
148.   if (NewState == DISABLE)
     
149.   {
     
150.     GPIO_ResetBits(USB_DISCONNECT, USB_DISCONNECT_PIN);
     
151.   }
     
152.   else
     
153.   {
     
154.     GPIO_SetBits(USB_DISCONNECT, USB_DISCONNECT_PIN);
     
155.   }
     
156. }
     
157. 
     
158. /*******************************************************************************
     
159. * Function Name : void USB_Config(void)
     
160. * Description   : USB系统初始化
     
161. * Input         : 
     
162. * Output        : 
     
163. * Other         : 
     
164. * Date          : 2014.11.28
     
165. *******************************************************************************/
     
166. void USB_Config(void)
     
167. {
     
168.     Set_System();
     
169. 
     
170.     Set_USBClock();
     
171. 
     
172.     USB_Interrupts_Config();
     
173. 
     
174.     USB_Init();
     
175. }
     
176. 
     
177. /*******************************************************************************
     
178. * Function Name : uint32_t USB_RxRead(uint8_t *buffter, uint32_t buffterSize)
     
179. * Description   : 从USB接收缓存中读数据
     
180. * Input         : 
     
181. * Output        : 
     
182. * Other         : 
     
183. * Date          : 2014.11.28
     
184. *******************************************************************************/
     
185. uint32_t USB_RxRead(uint8_t *buffter, uint32_t buffterSize)
     
186. {
     
187.     return QUEUE_PacketOut(&m_QueueUsbComRx, buffter, buffterSize);
     
188. }
     
189. /*******************************************************************************
     
190. * Function Name : uint32_t USB_RxWrite(uint8_t *buffter, uint32_t writeLen)
     
191. * Description   : 写数据到USB接收缓存中
     
192. * Input         : 
     
193. * Output        : 
     
194. * Other         : 
     
195. * Date          : 2014.11.28
     
196. *******************************************************************************/
     
197. uint32_t USB_RxWrite(uint8_t *buffter, uint32_t writeLen)
     
198. {
     
199.     return QUEUE_PacketIn(&m_QueueUsbComRx, buffter, writeLen);
     
200. }
     
201. /*******************************************************************************
     
202. * Function Name : uint32_t USB_TxRead(uint8_t *buffter, uint32_t buffterSize)
     
203. * Description   : 从USB发送缓存中读数据
     
204. * Input         : 
     
205. * Output        : 
     
206. * Other         : 
     
207. * Date          : 2014.11.28
     
208. *******************************************************************************/
     
209. uint32_t USB_TxRead(uint8_t *buffter, uint32_t buffterSize)
     
210. {
     
211.     return QUEUE_PacketOut(&m_QueueUsbComTx, buffter, buffterSize);;
     
212. }
     
213. /*******************************************************************************
     
214. * Function Name : uint32_t USB_TxWrite(uint8_t *buffter, uint32_t writeLen)
     
215. * Description   : 写数据到USB发送缓存中
     
216. * Input         : 
     
217. * Output        : 
     
218. * Other         : 
     
219. * Date          : 2014.11.28
     
220. *******************************************************************************/
     
221. uint32_t USB_TxWrite(uint8_t *buffter, uint32_t writeLen)
     
222. {
     
223.     return QUEUE_PacketIn(&m_QueueUsbComTx, buffter, writeLen);
     
224. }
     
225. 
     
226. 
     
227. 
     
228. /*******************************************************************************
     
229. * Function Name  : Get_SerialNum.
     
230. * Description    : Create the serial number string descriptor.
     
231. * Input          : None.
     
232. * Output         : None.
     
233. * Return         : None.
     
234. *******************************************************************************/
     
235. void Get_SerialNum(void)
     
236. {
     
237.   uint32_t Device_Serial0, Device_Serial1, Device_Serial2;
     
238. 
     
239.   Device_Serial0 = *(uint32_t*)ID1;
     
240.   Device_Serial1 = *(uint32_t*)ID2;
     
241.   Device_Serial2 = *(uint32_t*)ID3;  
     
242. 
     
243.   Device_Serial0 += Device_Serial2;
     
244. 
     
245.   if (Device_Serial0 != 0)
     
246.   {
     
247.     IntToUnicode (Device_Serial0, &Virtual_Com_Port_StringSerial[2] , 8);
     
248.     IntToUnicode (Device_Serial1, &Virtual_Com_Port_StringSerial[18], 4);
     
249.   }
     
250. }
     
251. 
     
252. /*******************************************************************************
     
253. * Function Name  : HexToChar.
     
254. * Description    : Convert Hex 32Bits value into char.
     
255. * Input          : None.
     
256. * Output         : None.
     
257. * Return         : None.
     
258. *******************************************************************************/
     
259. static void IntToUnicode (uint32_t value , uint8_t *pbuf , uint8_t len)
     
260. {
     
261.   uint8_t idx = 0;
     
262.   
     
263.   for( idx = 0 ; idx < len ; idx ++)
     
264.   {
     
265.     if( ((value >> 28)) < 0xA )
     
266.     {
     
267.       pbuf[ 2* idx] = (value >> 28) + '0';
     
268.     }
     
269.     else
     
270.     {
     
271.       pbuf[2* idx] = (value >> 28) + 'A' - 10; 
     
272.     }
     
273.     
     
274.     value = value << 4;
     
275.     
     
276.     pbuf[ 2* idx + 1] = 0;
     
277.   }
     
278. }
     
279. 
     
280. /************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/</span>

复制代码

这里要讲一下为什么要屏蔽SystemInit()，因为demo只运行虚拟串口功能，在USB未插入的情况下，是进入低功耗状态，插入时从低功耗状态退出后会调用此函数。当然我们在项目中一般不会这样，系统是否运行和插USB接口没有联系。所以我在下文中把进入低功耗代码屏蔽了，自然也就不用唤醒代码了。

图7

关于USB口使能控制引脚，需要根据开发板的引脚定义来修改宏定义platform_config.h文件中，笔者使用的是神舟3号开发板，控制信号刚好和demo相反，所以修改hw_config.c代码如下：

代码3

1. <span style="background-color: white;">/*******************************************************************************
   
2. * Function Name  : USB_Cable_Config
   
3. * Description    : Software Connection/Disconnection of USB Cable
   
4. * Input          : None.
   
5. * Return         : Status
   
6. *******************************************************************************/
   
7. void USB_Cable_Config (FunctionalState NewState)
   
8. {
   
9.   if (NewState == DISABLE)
   
10.   {
    
11.     GPIO_ResetBits(USB_DISCONNECT, USB_DISCONNECT_PIN);
    
12.   }
    
13.   else
    
14.   {
    
15.     GPIO_SetBits(USB_DISCONNECT, USB_DISCONNECT_PIN);
    
16.   }
    
17. }</span>

复制代码

3，现在修改USB 回调函数中的代码usb_endp.c文件。使用下文代码替换：

代码4

1. <span style="background-color: white;">/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
   
2. #include "usb_lib.h"
   
3. #include "usb_desc.h"
   
4. #include "usb_mem.h"
   
5. #include "hw_config.h"
   
6. #include "usb_istr.h"
   
7. #include "usb_pwr.h"
   
8. 
   
9. /* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
   
10. /* Private define ------------------------------------------------------------*/
    
11. 
    
12. /* Interval between sending IN packets in frame number (1 frame = 1ms) */
    
13. #define VCOMPORT_IN_FRAME_INTERVAL             5
    
14. 
    
15. /* Private macro -------------------------------------------------------------*/
    
16. /* Private variables ---------------------------------------------------------*/
    
17. static uint8_t txBuffter[VIRTUAL_COM_PORT_DATA_SIZE] = {0};
    
18. static volatile uint8_t txFlg = 0;
    
19. static volatile uint32_t FrameCount = 0;
    
20. 
    
21. 
    
22. /* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
    
23. /* Private functions ---------------------------------------------------------*/
    
24. 
    
25. /*******************************************************************************
    
26. * Function Name  : EP1_IN_Callback
    
27. * Description    :
    
28. * Input          : None.
    
29. * Output         : None.
    
30. * Return         : None.
    
31. *******************************************************************************/
    
32. void EP1_IN_Callback (void)
    
33. {
    
34.     uint16_t len = 0;
    
35.     
    
36.     if (1 == txFlg)
    
37.     {
    
38.         len = USB_TxRead(txBuffter, sizeof(txBuffter));
    
39. 
    
40.         if (len > 0)
    
41.         {
    
42.             UserToPMABufferCopy(txBuffter, ENDP1_TXADDR, len);
    
43.             SetEPTxCount(ENDP1, len);
    
44.             SetEPTxValid(ENDP1); 
    
45.             FrameCount = 0;
    
46.         }
    
47.         else
    
48.         {
    
49.             txFlg = 0;
    
50.         }
    
51.     }
    
52. }
    
53. 
    
54. /*******************************************************************************
    
55. * Function Name  : EP3_OUT_Callback
    
56. * Description    :
    
57. * Input          : None.
    
58. * Output         : None.
    
59. * Return         : None.
    
60. *******************************************************************************/
    
61. void EP3_OUT_Callback(void)
    
62. {
    
63.   static uint8_t buffter[VIRTUAL_COM_PORT_DATA_SIZE] = {0};
    
64. 
    
65.   uint16_t USB_Rx_Cnt;
    
66.   
    
67.   /* Get the received data buffer and update the counter */
    
68.   USB_Rx_Cnt = USB_SIL_Read(EP3_OUT, buffter);
    
69.   
    
70.   /* USB data will be immediately processed, this allow next USB traffic being 
    
71.   NAKed till the end of the USART Xfer */
    
72.   USB_RxWrite(buffter, USB_Rx_Cnt);
    
73. 
    
74.   /* Enable the receive of data on EP3 */
    
75.   SetEPRxValid(ENDP3);
    
76. 
    
77. }
    
78. 
    
79. 
    
80. /*******************************************************************************
    
81. * Function Name  : SOF_Callback / INTR_SOFINTR_Callback
    
82. * Description    :
    
83. * Input          : None.
    
84. * Output         : None.
    
85. * Return         : None.
    
86. *******************************************************************************/
    
87. void SOF_Callback(void)
    
88. {
    
89.     uint16_t len = 0;
    
90. 
    
91.     if(bDeviceState == CONFIGURED)
    
92.     {
    
93.         if (0 == txFlg)
    
94.         {
    
95.             if (FrameCount++ == VCOMPORT_IN_FRAME_INTERVAL)
    
96.             {
    
97.                 /* Reset the frame counter */
    
98.                 FrameCount = 0;
    
99. 
    
100.                 /* Check the data to be sent through IN pipe */
     
101.                 len = USB_TxRead(txBuffter, sizeof(txBuffter));
     
102. 
     
103.                 if (len > 0)
     
104.                 {
     
105.                     UserToPMABufferCopy(txBuffter, ENDP1_TXADDR, len);
     
106.                     SetEPTxCount(ENDP1, len);
     
107.                     SetEPTxValid(ENDP1);
     
108. 
     
109.                     txFlg = 1;
     
110.                 }
     
111.             }
     
112.         }
     
113.     }  
     
114. }
     
115. /************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/</span>

复制代码

这里讲下大概意思，函数EP3_OUT_Callback是在USB口收到数据后，将数据存入FIFO中。

函数SOF_Callback定时查询用户是否有要发送的数据，如果有则进行发送，在发送完成后会触发发送中断EP1_IN_Callback函数，如果发送完毕就不调用SetEPTxValid(ENDP1)函数，发送完成后就不会再触发EP1_IN_Callback函数。

4，修改usb_pwr.c在前文中说到：不让系统进入休眠状态，这里屏蔽185行 __WFI();

5，修改usb_prop.c屏蔽COM初始化代码。137行USART_Config_Default(); 237行USART_Config();

6，修改usb_desc.c 这里修改需要参考一些USB专业的书籍，推荐全圈圈的书，讲的通俗易懂。关于本程序的驱动，笔者在win7下测试可以自动安装，如果无法自动安装可使用文章开始的链接中的驱动程序。本文件如果修改需谨慎，其中pid,vid是制造商ID和产品编号，如果修改了那驱动也要对应修改，官方驱动就无法自动进行安装了。

到这里移植就差不多完成了，下面进行测试。由于USB虚拟串口不受波特率限制，所以笔者进行过50k/s的压力测试，运行半小时未丢1个字节。