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[AT32F405] 【AT-START-F405测评】WinUSB速度测试

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 楼主| Ketose 发表于 2024-5-12 18:03 | 显示全部楼层 |阅读模式
ID, AT-START-F405, 速度测试, AT32, WinUSB
本帖最后由 Ketose 于 2024-5-12 18:10 编辑

我所在的公司是做图像传感器的感存算一体的芯片，所以做调试工具的时候要用到USB2.0把图像处理结果输出至上位机进行显示，观察计算结果。而且又用到QSPI，一直在选择一个合适的主控，之前主控使用的是NXP的LPC4357，这款芯片又贵，又不好买。有幸试用国产雅特力AT32F405的芯片，把这段时间试用和调试过程遇到的问题做个总结和分享。

首先对于雅特力国产芯片这几年的进步真的是非常大，不管是资料、例子代码、还是开发工具都做的相当不错，再过几年估计要把ST卷死都有可能。

拿到开发板首先是看原理图，到官方网站找到相关资料，关于USB的资料雅特力其实官方已经给出了很多的例子，我这里用到官方给的两个例子：<SC0090 AT32F4xx WinUSB>,<SC0125 USB Composite HID>。先跑了一下SC0125，没啥问题电脑识别出了，打开计事本，按下蓝色按钮，会输出“ Keyboard Demo”字样。跑一下SC0090，这个例子是基于AT32F435芯片的，而且里面的WinUSB中间件从函数名字来看是从VCP上改过来的，名字都还没来得及改。那我们改造SC0125吧。
1、首先在项目里加入winusb_class.c 和winusb_desc.c这两个文件
2、修改usb_conf.h加入对WinUSB的支持
3、修改main.c

main.c代码如下：

复制
  1. #include "at32f402_405_board.h"
    

  2. #include "at32f402_405_clock.h"
    

  3. #include "usb_conf.h"
    

  4. #include "usb_core.h"
    

  5. #include "usbd_int.h"
    

  6. #include "winusb_class.h"
    

  7. #include "winusb_desc.h"
    


  8. 


  9. 

  10. /** @addtogroup AT32F405_periph_examples
    

  11.   * @{
    

  12.   */
    


  13. 

  14. /** @addtogroup 405_USB_device_custom_hid USB_device_custom_hid
    

  15.   * @{
    

  16.   */
    


  17. 

  18. /* usb global struct define */
    

  19. otg_core_type otg_core_struct;
    

  20. #if defined ( __ICCARM__ ) /* iar compiler */
    

  21.   #pragma data_alignment=4
    

  22. #endif
    


  23. 

  24. #define BUF_SIZE 512
    


  25. 


  26. 

  27. uint8_t usb_buffer[BUF_SIZE];
    


  28. 

  29. void usb_clock48m_select(usb_clk48_s clk_s);
    

  30. void usb_gpio_config(void);
    

  31. void usb_low_power_wakeup_config(void);
    

  32. void button_exint_init(void);
    


  33. 

  34. void init_buffer();
    


  35. 

  36. /**
    

  37.   * [url=home.php?mod=space&uid=247401]@brief[/url]  main function.
    

  38.   * @param  none
    

  39.   * @retval none
    

  40.   */
    

  41. int main(void)
    

  42. {
    

  43.         uint16_t data_len;
    

  44.         uint8_t send_zero_packet = 0;
    

  45.         
    

  46.   nvic_priority_group_config(NVIC_PRIORITY_GROUP_4);
    


  47. 

  48.   system_clock_config();
    


  49. 

  50.   at32_board_init();
    


  51. 

  52.     /* usb gpio config */
    

  53.   usb_gpio_config();
    


  54. 

  55. #ifdef USB_LOW_POWER_WAKUP
    

  56.   crm_periph_clock_enable(CRM_PWC_PERIPH_CLOCK, TRUE);
    

  57.   button_exint_init();
    

  58.   usb_low_power_wakeup_config();
    

  59. #endif
    


  60. 

  61.   /* enable otg clock */
    

  62.   crm_periph_clock_enable(OTG_CLOCK, TRUE);
    


  63. 

  64.   /* select usb 48m clcok source */
    

  65.   usb_clock48m_select(USB_CLK_HEXT);
    


  66. 

  67.   /* enable otg irq */
    

  68.   nvic_irq_enable(OTG_IRQ, 0, 0);
    

  69.         
    

  70.         /* Initialization buffer */
    

  71.         init_buffer();
    


  72. 

  73.   /* init usb */
    

  74.         usbd_init(&otg_core_struct,
    

  75.                                                 USB_HIGH_SPEED_CORE_ID,
    

  76.                                                 USB_ID,
    

  77.                                                 &winusb_class_handler,
    

  78.                                                 &winusb_desc_handler);
    

  79.                 
    

  80.   while(1)
    

  81.   {
    

  82.                 if(usbd_connect_state_get(&otg_core_struct.dev) == USB_CONN_STATE_CONFIGURED)
    

  83.                 {
    

  84.                         usb_winusb_send_data(&otg_core_struct.dev,usb_buffer,BUF_SIZE);
    

  85.                 }
    

  86.   }
    

  87. }

OK，编译，烧入MCU Reset。windows11 竟然认不到这个设备，在其它设备里显示AT32 WinUSB,加载不了WinUSB的驱动。这个问题花了很多时间，又是抓包，又是加调试输出，把整个USB的枚举流程跟了一遍，也没发现什么问题，就是看不到操作系统检索0xEE位置的OS设备字串描述符，但是usb_conf.h文件里已经添加了USBD_SUPPORT_WINUSB宏定义。
最后在网上找到一篇文章和我一样的问题，它是这样解释：由于我之前跑的例子是HID设备，改为WinUSB后它的VID和PID其实是没有改变过，Windows会缓存VID和PID信息，在下一次枚举设备的时候直接加载HID驱动。找到原因就好办了，两种办法：1、清除windows的驱动缓存。2、改PID。这里我选择第一种办法

删除注册表中USB设备信息的方法：
1、下载PStools工具包 https://technet.microsoft.com/en-us/sysinternals/bb897553.aspx，解压到C:\pstools

2、以管理员身份运行CMD，输入命令：cd C:\pstools ，切换到pstools目录，再输入命令：psexec.exe -i -d -s regedit.exe

3、进入HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Enum\USB\删除相关设备（以本文为例，VID PID分别为 2E3C 5780）

进入HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\UsbFlags\删除相关设备（以本文为例，VID PID分别为 2E3C 5780）

4、OK，此时再插入该Device，即被当做全新设备插入，装载驱动。


用VC++写一个简单的上位机,测试下速度如何。
复制
  1. // winusb_demo.cpp : 此文件包含 "main" 函数。程序执行将在此处开始并结束。
    

  2. //
    


  3. 

  4. #include <iostream>
    

  5. #include <chrono>
    

  6. #include <format>
    

  7. #include <thread>
    


  8. 

  9. #include "CWinUSBProxy.h"
    


  10. 

  11. int main()
    

  12. {
    

  13.     std::cout << "Hello AT32!\n";
    


  14. 

  15.     CWinUSBProxy winUSBDevice;
    


  16. 

  17.     winUSBDevice.OpenWinUsb();
    

  18.     winUSBDevice.GetUSBDeviceSpeed();
    

  19.     winUSBDevice.QueryDeviceEndpoints();
    


  20. 

  21.     while (true)
    

  22.     {
    

  23.         int readCount = 0;
    

  24.         auto startTime = std::chrono::steady_clock::now();
    

  25.         /** 进行数据发包统计，发送1MB数据包，统计速率 */
    

  26.         for (int i = 0; i < 1024; i++)
    

  27.         {
    

  28.             BOOL status = winUSBDevice.ReadFromBulkEndpoint(1024);
    

  29.             /** 正确发包计数 */
    

  30.             if (status)
    

  31.                 readCount++;
    

  32.         }
    

  33.         auto entTime = std::chrono::steady_clock::now();
    


  34. 

  35.         /** 计算速率 */
    

  36.         auto dr_s = std::chrono::duration<double, std::milli>(entTime - startTime).count();
    

  37.         auto  speed = floor(readCount * 1000 / dr_s) ;
    

  38.         /** 输出统计信息 */
    

  39.         std::cout << std::format("read speed:{} KB/S",speed) << std::endl;
    

  40.         /** 等待1秒 */
    

  41.         std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
    

  42.     }
    

  43.     
    

  44.     system("pause");
    

  45. }
最终经过优化后速度达到31MB，达到USB2.0理论速度的一半，还是非常不错。
屏幕截图 2024-05-12 175734.png

参考链接：
https://github.com/pbatard/libwdi/wiki/WCID-Devices
https://www.codenong.com/41644081/
https://blog.csdn.net/bingwueyi/article/details/121622001
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gouguoccc 发表于 2024-5-13 08:04 来自手机 | 显示全部楼层
写速度能达到多少呢？测试过吗？
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 楼主| Ketose 发表于 2024-5-13 10:02 | 显示全部楼层
gouguoccc 发表于 2024-5-13 08:04
写速度能达到多少呢？测试过吗？

写入速度没有测试。回头测试一下。
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呐咯密密 发表于 2024-5-13 13:18 | 显示全部楼层
还不错的测试，实现的效果很好
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micoccd 发表于 2024-5-13 14:30 | 显示全部楼层
这个速度还可以
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 楼主| Ketose 发表于 2024-5-13 22:56 | 显示全部楼层
上位机写入测试代码：
复制
  1. // winusb_demo.cpp : 此文件包含 "main" 函数。程序执行将在此处开始并结束。
    

  2. //
    


  3. 

  4. #include <iostream>
    

  5. #include <chrono>
    

  6. #include <format>
    

  7. #include <thread>
    


  8. 

  9. #include "CWinUSBProxy.h"
    


  10. 

  11. #define BUF_SIZE            1024
    


  12. 

  13. int main()
    

  14. {
    

  15.     std::cout << "Hello AT32!\n";
    


  16. 

  17.     CWinUSBProxy winUSBDevice("{13EB360B-BC1E-46CB-AC8B-EF3DA47B4062}");
    


  18. 

  19.     winUSBDevice.InitWinUsbDevicePath();
    

  20.     winUSBDevice.OpenWinUsb();
    

  21.     winUSBDevice.GetUSBDeviceSpeed();
    

  22.     winUSBDevice.QueryDeviceEndpoints();
    


  23. 

  24.     while (true)
    

  25.     {
    

  26.         int readCount = 0;
    

  27.         auto startTime = std::chrono::steady_clock::now();
    

  28.         /** 进行数据发包统计，发送1MB数据包，统计速率 */
    

  29.         for (int i = 0; i < 1024; i++)
    

  30.         {
    

  31. #if 0
    

  32.             BOOL status = winUSBDevice.ReadFromBulkEndpoint(BUF_SIZE);
    

  33. #else
    

  34.             BOOL status = winUSBDevice.WriteToBulkEndpoint(BUF_SIZE);
    

  35. #endif
    

  36.             /** 正确发包计数 */
    

  37.             if (status)
    

  38.                 readCount++;
    

  39.         }
    

  40.         auto entTime = std::chrono::steady_clock::now();
    


  41. 

  42.         /** 计算速率 */
    

  43.         auto dr_s = std::chrono::duration<double, std::milli>(entTime - startTime).count();
    

  44.         auto  speed = floor(readCount * 1000 / dr_s) ;
    

  45.         /** 输出统计信息 */
    

  46.         std::cout << std::format("transter speed:{} KB/S",speed) << std::endl;
    

  47.         /** 等待1秒 */
    

  48.         std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
    

  49.     }
    

  50.     
    

  51.     system("pause");
    

  52. }
    


  53.
MCU代码：
复制
  1. /**
    

  2.   **************************************************************************
    

  3.   * [url=home.php?mod=space&uid=288409]@file[/url]     main.c
    

  4.   * @brief    main program
    

  5.   **************************************************************************
    

  6.   *                       Copyright notice & Disclaimer
    

  7.   *
    

  8.   * The software Board Support Package (BSP) that is made available to
    

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  19.   * INCLUDING BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
    

  20.   * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE, OR NON-INFRINGEMENT.
    

  21.   *
    

  22.   **************************************************************************
    

  23.   */
    


  24. 


  25. 

  26. #include "at32f402_405_board.h"
    

  27. #include "at32f402_405_clock.h"
    

  28. #include "usb_conf.h"
    

  29. #include "usb_core.h"
    

  30. #include "usbd_int.h"
    

  31. #include "winusb_class.h"
    

  32. #include "winusb_desc.h"
    


  33. 


  34. 

  35. /** @addtogroup AT32F405_periph_examples
    

  36.   * @{
    

  37.   */
    


  38. 

  39. /** @addtogroup 405_USB_device_custom_hid USB_device_custom_hid
    

  40.   * @{
    

  41.   */
    


  42. 

  43. /* usb global struct define */
    

  44. otg_core_type otg_core_struct;
    

  45. #if defined ( __ICCARM__ ) /* iar compiler */
    

  46.   #pragma data_alignment=4
    

  47. #endif
    


  48. 

  49. #define BUF_SIZE                                                512
    


  50. 


  51. 

  52. uint8_t usb_buffer[BUF_SIZE];
    


  53. 

  54. void usb_clock48m_select(usb_clk48_s clk_s);
    

  55. void usb_gpio_config(void);
    

  56. void usb_low_power_wakeup_config(void);
    

  57. void button_exint_init(void);
    


  58. 

  59. void init_buffer();
    


  60. 

  61. /**
    

  62.   * @brief  main function.
    

  63.   * @param  none
    

  64.   * @retval none
    

  65.   */
    

  66. int main(void)
    

  67. {
    

  68.         uint16_t data_len;
    

  69.         uint8_t send_zero_packet = 0;
    

  70.         
    

  71.   nvic_priority_group_config(NVIC_PRIORITY_GROUP_4);
    


  72. 

  73.   system_clock_config();
    


  74. 

  75.   at32_board_init();
    


  76. 

  77.     /* usb gpio config */
    

  78.   usb_gpio_config();
    


  79. 

  80. #ifdef USB_LOW_POWER_WAKUP
    

  81.   crm_periph_clock_enable(CRM_PWC_PERIPH_CLOCK, TRUE);
    

  82.   button_exint_init();
    

  83.   usb_low_power_wakeup_config();
    

  84. #endif
    


  85. 

  86.   /* enable otg clock */
    

  87.   crm_periph_clock_enable(OTG_CLOCK, TRUE);
    


  88. 

  89.   /* select usb 48m clcok source */
    

  90.   usb_clock48m_select(USB_CLK_HEXT);
    


  91. 

  92.   /* enable otg irq */
    

  93.   nvic_irq_enable(OTG_IRQ, 0, 0);
    

  94.         
    

  95.         /* Initialization buffer */
    

  96.         init_buffer();
    


  97. 

  98.   /* init usb */
    

  99.         usbd_init(&otg_core_struct,
    

  100.                                                 USB_HIGH_SPEED_CORE_ID,
    

  101.                                                 USB_ID,
    

  102.                                                 &winusb_class_handler,
    

  103.                                                 &winusb_desc_handler);
    

  104.                                                 
    

  105.         
    

  106.                 
    

  107.   while(1)
    

  108.   {
    

  109.                 if(usbd_connect_state_get(&otg_core_struct.dev) == USB_CONN_STATE_CONFIGURED)
    

  110.                 {
    

  111.                 #if 0
    

  112.                         usb_winusb_send_data(&otg_core_struct.dev,usb_buffer,BUF_SIZE);
    

  113.                 #else
    

  114.                         uint32_t count = usb_winusb_get_rxdata(&otg_core_struct.dev,usb_buffer);
    

  115.                         //printf("count:%d\r\n",count);
    

  116.                 #endif
    

  117.                 }
    

  118.   }
    

  119. }

测试结果：
屏幕截图 2024-05-13 223753.png

这个写入速度15MB/S，这个速度是在注释掉了usb_winusb_get_rxdata里的内存复制过程，代码如下
复制
  1. /**
    

  2.   * @brief  usb device class rx data process
    

  3.   * @param  udev: to the structure of usbd_core_type
    

  4.   * @param  recv_data: receive buffer
    

  5.   * @retval receive data len
    

  6.   */
    

  7. uint16_t usb_winusb_get_rxdata(void *udev, uint8_t *recv_data)
    

  8. {
    

  9.   uint16_t i_index = 0;
    

  10.   uint16_t tmp_len = 0;
    

  11.   usbd_core_type *pudev = (usbd_core_type *)udev;
    

  12.   winusb_struct_type *p_winusb = (winusb_struct_type *)pudev->class_handler->pdata;
    


  13. 

  14.   if(p_winusb->g_rx_completed == 0)
    

  15.   {
    

  16.     return 0;
    

  17.   }
    

  18.   p_winusb->g_rx_completed = 0;
    

  19.   tmp_len = p_winusb->g_rxlen;
    

  20. //  for(i_index = 0; i_index < p_winusb->g_rxlen; i_index ++)
    

  21. //  {
    

  22. //    recv_data[i_index] = p_winusb->g_rx_buff[i_index];
    

  23. //  }
    


  24. 

  25.   usbd_ept_recv(pudev, USBD_WINUSB_BULK_OUT_EPT, p_winusb->g_rx_buff, p_winusb->maxpacket);
    


  26. 

  27.   return tmp_len;
    

  28. }
开启内存复制，大概速度在8-9MB/S左右。


以上测试结果和官方的测试结果有点出入。总体来说好于官方数据。


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yangxiaor520 发表于 2024-5-14 07:59 来自手机 | 显示全部楼层
做图算应用，MCU的USB带宽确定够吗？
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LEDyyds 发表于 2024-5-14 11:00 | 显示全部楼层
楼主威武，真出了写入的测试
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 楼主| Ketose 发表于 2024-5-14 12:45 | 显示全部楼层
yangxiaor520 发表于 2024-5-14 07:59
做图算应用，MCU的USB带宽确定够吗？

应用领域不一样，256*256的单色图像，USB2.0的速度可以了。
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