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HAL库实现USB组合设备之多路CDC实现

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楼主
wiba|  楼主 | 2021-6-8 17:00 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
CD, dc, USB, ST, STM, STM32
工程环境：

STM32F103RC
STM32CubeIDE 1.5.1

第一步：基础工程生成

           首先先用STM32CUBEMX生成CDC工程，并测试通过没有问题后，就可以着手开始下一步的修改。
第二步：USB设备描述符的修改

            这一步很简单的，就是修改usbd_desc.c中的设备描述符数组USBD_FS_DeviceDesc，将设备类型改为组合设备类型：




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沙发
wiba|  楼主 | 2021-6-8 17:03 | 只看该作者
第三步：修改PMA端点分布


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板凳
wiba|  楼主 | 2021-6-8 17:04 | 只看该作者
然后进入usbd_conf.c文件中，找到USBD_LL_Init函数，修改PMA端点初始化：

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地板
wiba|  楼主 | 2021-6-8 17:08 | 只看该作者
说一下PMA为什么这么改，目前我们用到的端点有：

0X80、0X00为USB所必须的端点
0X81、0X01为CDC1的输入输出端点
0X82、0X02为CDC2的输入输出端点
0X83为CDC1的命令控制端点（0X03端点未使用，但是占用空间）
0X84为CDC2的命令控制端点（0X04端点未使用，但是占用空间）
所以一共10个端点，10x8=80字节，十六进制为0X50，所以端点的缓存地址就是从PMA偏移0X50地址处开始。

输入输出端点最大可配置为64字节的缓存，所以是自增0X40。

命令端点的缓存数据大小是8字节缓存，自增16字节是因为光用到了输入端点，输出端点没用但是占用PMA空间，所以是自增0X10。

如下图指示是8字节：


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5楼
wiba|  楼主 | 2021-6-8 17:09 | 只看该作者
接下修改端点初始化，找到USBD_CDC_Init函数，添加CDC2的端点初始化操作：

static uint8_t  USBD_CDC_Init(USBD_HandleTypeDef *pdev, uint8_t cfgidx)
{
  uint8_t ret = 0U;
  USBD_CDC_HandleTypeDef   *hcdc;

  if (pdev->dev_speed == USBD_SPEED_HIGH)
  {
    /* Open EP IN */
    USBD_LL_OpenEP(pdev, CDC_IN_EP, USBD_EP_TYPE_BULK,
                   CDC_DATA_HS_IN_PACKET_SIZE);

    pdev->ep_in[CDC_IN_EP & 0xFU].is_used = 1U;

    /* Open EP OUT */
    USBD_LL_OpenEP(pdev, CDC_OUT_EP, USBD_EP_TYPE_BULK,
                   CDC_DATA_HS_OUT_PACKET_SIZE);

    pdev->ep_out[CDC_OUT_EP & 0xFU].is_used = 1U;

  }
  else
  {
    /* Open EP IN */
    USBD_LL_OpenEP(pdev, CDC_IN_EP, USBD_EP_TYPE_BULK,
                   CDC_DATA_FS_IN_PACKET_SIZE);

    pdev->ep_in[CDC_IN_EP & 0xFU].is_used = 1U;

    /* Open EP OUT */
    USBD_LL_OpenEP(pdev, CDC_OUT_EP, USBD_EP_TYPE_BULK,
                   CDC_DATA_FS_OUT_PACKET_SIZE);

    pdev->ep_out[CDC_OUT_EP & 0xFU].is_used = 1U;

    / +++lakun
    /* Open EP IN */
    USBD_LL_OpenEP(pdev, CDC2_IN_EP, USBD_EP_TYPE_BULK,
                   CDC_DATA_FS_IN_PACKET_SIZE);

    pdev->ep_in[CDC2_IN_EP & 0xFU].is_used = 1U;

    /* Open EP OUT */
    USBD_LL_OpenEP(pdev, CDC2_OUT_EP, USBD_EP_TYPE_BULK,
                   CDC_DATA_FS_OUT_PACKET_SIZE);

    pdev->ep_out[CDC2_OUT_EP & 0xFU].is_used = 1U;
  }
  /* Open Command IN EP */
  USBD_LL_OpenEP(pdev, CDC_CMD_EP, USBD_EP_TYPE_INTR, CDC_CMD_PACKET_SIZE);
  pdev->ep_in[CDC_CMD_EP & 0xFU].is_used = 1U;

  / +++lakun
  /* Open Command IN EP */
  USBD_LL_OpenEP(pdev, CDC2_CMD_EP, USBD_EP_TYPE_INTR, CDC_CMD_PACKET_SIZE);
  pdev->ep_in[CDC2_CMD_EP & 0xFU].is_used = 1U;

  pdev->pClassData = USBD_malloc(sizeof(USBD_CDC_HandleTypeDef));

  if (pdev->pClassData == NULL)
  {
    ret = 1U;
  }
  else
  {
    hcdc = (USBD_CDC_HandleTypeDef *) pdev->pClassData;

    /* Init  physical Interface components */
    ((USBD_CDC_ItfTypeDef *)pdev->pUserData)->Init();

    /* Init Xfer states */
    hcdc->TxState = 0U;
    hcdc->RxState = 0U;

    if (pdev->dev_speed == USBD_SPEED_HIGH)
    {
      /* Prepare Out endpoint to receive next packet */
      USBD_LL_PrepareReceive(pdev, CDC_OUT_EP, hcdc->RxBuffer,
                             CDC_DATA_HS_OUT_PACKET_SIZE);
    }
    else
    {
      /* Prepare Out endpoint to receive next packet */
      USBD_LL_PrepareReceive(pdev, CDC_OUT_EP, hcdc->RxBuffer,
                             CDC_DATA_FS_OUT_PACKET_SIZE);

      / +++lakun
      /* Prepare Out endpoint to receive next packet */
      USBD_LL_PrepareReceive(pdev, CDC2_OUT_EP, hcdc->RxBuffer,
                             CDC_DATA_FS_OUT_PACKET_SIZE);
    }
  }
  return ret;
}


注：这一步骤的修改都非常挂关键，好多人组合设备修改出错的原因就是在修改PMA这里出的问题！

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6楼
wiba|  楼主 | 2021-6-8 17:10 | 只看该作者
第四步：修改配置描述符
贴一下我修改好的两路CDC配置，修改过的地方都有+++lakun样的标记：

/* USB CDC device Configuration Descriptor */
__ALIGN_BEGIN uint8_t USBD_CDC_CfgFSDesc[USB_CDC_CONFIG_DESC_SIZ] __ALIGN_END =
{
  /*Configuration Descriptor*/
  0x09,   /* bLength: Configuration Descriptor size */
  USB_DESC_TYPE_CONFIGURATION,      /* bDescriptorType: Configuration */
  USB_CDC_CONFIG_DESC_SIZ,                /* wTotalLength:no of returned bytes */
  0x00,
  0x04,   /* bNumInterfaces: 4 interface */  /* +++lakun：一个CDC用到了连个接口，两个CDC就是4个接口 */
  0x01,   /* bConfigurationValue: Configuration value */
  0x00,   /* iConfiguration: Index of string descriptor describing the configuration */
  0xC0,   /* bmAttributes: self powered */
  0x32,   /* MaxPower 0 mA */

  /*---------------------------------------------------------------------------*/

  //
  // +++lakun: IAD(Interface Association Descriptor)
  //
  0X08,  // bLength: Interface Descriptor size，固定值
  0X0B,  // bDescriptorType: IAD，固定值
  0X00,  // bFirstInterface，第一个接口的起始序号
  0X02,  // bInterfaceCount，本IAD下的接口数量
  0X02,  // bFunctionClass: CDC，表明该IAD是一个CDC类型的设备
  0X02,  // bFunctionSubClass：子类型，默认即可
  0X01,  // bFunctionProtocol：控制协议，默认即可
  0X02,  // iFunction

  /*Interface Descriptor */
  0x09,   /* bLength: Interface Descriptor size */
  USB_DESC_TYPE_INTERFACE,  /* bDescriptorType: Interface */
  /* Interface descriptor type */
  0x00,   /* bInterfaceNumber: Number of Interface */                   /* +++lakun:接口编号，从0开始 */
  0x00,   /* bAlternateSetting: Alternate setting */
  0x01,   /* bNumEndpoints: One endpoints used */
  0x02,   /* bInterfaceClass: Communication Interface Class */
  0x02,   /* bInterfaceSubClass: Abstract Control Model */
  0x01,   /* bInterfaceProtocol: Common AT commands */
  0x00,   /* iInterface: */

  /*Header Functional Descriptor*/
  0x05,   /* bLength: Endpoint Descriptor size */
  0x24,   /* bDescriptorType: CS_INTERFACE */
  0x00,   /* bDescriptorSubtype: Header Func Desc */
  0x10,   /* bcdCDC: spec release number */
  0x01,

  /*Call Management Functional Descriptor*/
  0x05,   /* bFunctionLength */
  0x24,   /* bDescriptorType: CS_INTERFACE */
  0x01,   /* bDescriptorSubtype: Call Management Func Desc */
  0x00,   /* bmCapabilities: D0+D1 */
  0x01,   /* bDataInterface: 1 */

  /*ACM Functional Descriptor*/
  0x04,   /* bFunctionLength */
  0x24,   /* bDescriptorType: CS_INTERFACE */
  0x02,   /* bDescriptorSubtype: Abstract Control Management desc */
  0x02,   /* bmCapabilities */

  /*Union Functional Descriptor*/
  0x05,   /* bFunctionLength */
  0x24,   /* bDescriptorType: CS_INTERFACE */
  0x06,   /* bDescriptorSubtype: Union func desc */
  0x00,   /* bMasterInterface: Communication class interface */                 /* +++lakun:这里指示的是本CDC的通信接口编号 */
  0x01,   /* bSlaveInterface0: Data Class Interface */                          /* +++lakun:这里指示的是本CDC的数据接口编号 */

  /*Endpoint 2 Descriptor*/
  0x07,                           /* bLength: Endpoint Descriptor size */
  USB_DESC_TYPE_ENDPOINT,   /* bDescriptorType: Endpoint */
  CDC_CMD_EP,                     /* bEndpointAddress */
  0x03,                           /* bmAttributes: Interrupt */
  LOBYTE(CDC_CMD_PACKET_SIZE),     /* wMaxPacketSize: */
  HIBYTE(CDC_CMD_PACKET_SIZE),
  CDC_FS_BINTERVAL,                           /* bInterval: */
  /*---------------------------------------------------------------------------*/

  /*Data class interface descriptor*/
  0x09,   /* bLength: Endpoint Descriptor size */
  USB_DESC_TYPE_INTERFACE,  /* bDescriptorType: */
  0x01,   /* bInterfaceNumber: Number of Interface */                          /* +++lakun:CDC1的数据接口编号 */
  0x00,   /* bAlternateSetting: Alternate setting */
  0x02,   /* bNumEndpoints: Two endpoints used */
  0x0A,   /* bInterfaceClass: CDC */
  0x00,   /* bInterfaceSubClass: */
  0x00,   /* bInterfaceProtocol: */
  0x00,   /* iInterface: */

  /*Endpoint OUT Descriptor*/
  0x07,   /* bLength: Endpoint Descriptor size */
  USB_DESC_TYPE_ENDPOINT,      /* bDescriptorType: Endpoint */
  CDC_OUT_EP,                        /* bEndpointAddress */
  0x02,                              /* bmAttributes: Bulk */
  LOBYTE(CDC_DATA_FS_MAX_PACKET_SIZE),  /* wMaxPacketSize: */
  HIBYTE(CDC_DATA_FS_MAX_PACKET_SIZE),
  0x00,                              /* bInterval: ignore for Bulk transfer */

  /*Endpoint IN Descriptor*/
  0x07,   /* bLength: Endpoint Descriptor size */
  USB_DESC_TYPE_ENDPOINT,      /* bDescriptorType: Endpoint */
  CDC_IN_EP,                         /* bEndpointAddress */
  0x02,                              /* bmAttributes: Bulk */
  LOBYTE(CDC_DATA_FS_MAX_PACKET_SIZE),  /* wMaxPacketSize: */
  HIBYTE(CDC_DATA_FS_MAX_PACKET_SIZE),
  0x00,                               /* bInterval: ignore for Bulk transfer */


  //
  // +++lakun: IAD(Interface Association Descriptor)
  //
  0X08,  // bLength: Interface Descriptor size，固定值
  0X0B,  // bDescriptorType: IAD，固定值
  0X02,  // bFirstInterface，第一个接口的起始序号（第0、1编号的接口用于CDC1，现在是第二个CDC了，所以从2开始）
  0X02,  // bInterfaceCount，本IAD下的接口数量
  0X02,  // bFunctionClass: CDC，表明该IAD是一个CDC类型的设备
  0X02,  // bFunctionSubClass：子类型，默认即可
  0X01,  // bFunctionProtocol：控制协议，默认即可
  0X02,  // iFunction

  /*Interface Descriptor */
  0x09,   /* bLength: Interface Descriptor size */
  USB_DESC_TYPE_INTERFACE,  /* bDescriptorType: Interface */
  /* Interface descriptor type */
  0x02,   /* bInterfaceNumber: Number of Interface */ /* +++lakun：这里就是第二个CDC了，第0、1编号的接口给CDC1使用了，所以是2开始的 */
  0x00,   /* bAlternateSetting: Alternate setting */
  0x01,   /* bNumEndpoints: One endpoints used */
  0x02,   /* bInterfaceClass: Communication Interface Class */
  0x02,   /* bInterfaceSubClass: Abstract Control Model */
  0x01,   /* bInterfaceProtocol: Common AT commands */
  0x00,   /* iInterface: */

  /*Header Functional Descriptor*/
  0x05,   /* bLength: Endpoint Descriptor size */
  0x24,   /* bDescriptorType: CS_INTERFACE */
  0x00,   /* bDescriptorSubtype: Header Func Desc */
  0x10,   /* bcdCDC: spec release number */
  0x01,

  /*Call Management Functional Descriptor*/
  0x05,   /* bFunctionLength */
  0x24,   /* bDescriptorType: CS_INTERFACE */
  0x01,   /* bDescriptorSubtype: Call Management Func Desc */
  0x00,   /* bmCapabilities: D0+D1 */
  0x01,   /* bDataInterface: 1 */

  /*ACM Functional Descriptor*/
  0x04,   /* bFunctionLength */
  0x24,   /* bDescriptorType: CS_INTERFACE */
  0x02,   /* bDescriptorSubtype: Abstract Control Management desc */
  0x02,   /* bmCapabilities */

  /*Union Functional Descriptor*/
  0x05,   /* bFunctionLength */
  0x24,   /* bDescriptorType: CS_INTERFACE */
  0x06,   /* bDescriptorSubtype: Union func desc */
  0x02,   /* bMasterInterface: Communication class interface */                    /* +++lakun：这里指示的是本CDC的通信接口编号 */
  0x03,   /* bSlaveInterface0: Data Class Interface */                             /* +++lakun：这里指示的是本CDC的数据接口编号 */

  /*Endpoint 2 Descriptor*/
  0x07,                           /* bLength: Endpoint Descriptor size */
  USB_DESC_TYPE_ENDPOINT,   /* bDescriptorType: Endpoint */
  CDC2_CMD_EP,                     /* bEndpointAddress */
  0x03,                           /* bmAttributes: Interrupt */
  LOBYTE(CDC_CMD_PACKET_SIZE),     /* wMaxPacketSize: */
  HIBYTE(CDC_CMD_PACKET_SIZE),
  CDC_FS_BINTERVAL,                           /* bInterval: */
  /*---------------------------------------------------------------------------*/

  /*Data class interface descriptor*/
  0x09,   /* bLength: Endpoint Descriptor size */
  USB_DESC_TYPE_INTERFACE,  /* bDescriptorType: */
  0x03,   /* bInterfaceNumber: Number of Interface */ /* +++lakun：CDC2的数据接口编号 */
  0x00,   /* bAlternateSetting: Alternate setting */
  0x02,   /* bNumEndpoints: Two endpoints used */
  0x0A,   /* bInterfaceClass: CDC */
  0x00,   /* bInterfaceSubClass: */
  0x00,   /* bInterfaceProtocol: */
  0x00,   /* iInterface: */

  /*Endpoint OUT Descriptor*/
  0x07,   /* bLength: Endpoint Descriptor size */
  USB_DESC_TYPE_ENDPOINT,      /* bDescriptorType: Endpoint */
  CDC2_OUT_EP,                        /* bEndpointAddress */
  0x02,                              /* bmAttributes: Bulk */
  LOBYTE(CDC_DATA_FS_MAX_PACKET_SIZE),  /* wMaxPacketSize: */
  HIBYTE(CDC_DATA_FS_MAX_PACKET_SIZE),
  0x00,                              /* bInterval: ignore for Bulk transfer */

  /*Endpoint IN Descriptor*/
  0x07,   /* bLength: Endpoint Descriptor size */
  USB_DESC_TYPE_ENDPOINT,      /* bDescriptorType: Endpoint */
  CDC2_IN_EP,                         /* bEndpointAddress */
  0x02,                              /* bmAttributes: Bulk */
  LOBYTE(CDC_DATA_FS_MAX_PACKET_SIZE),  /* wMaxPacketSize: */
  HIBYTE(CDC_DATA_FS_MAX_PACKET_SIZE),
  0x00,                               /* bInterval: ignore for Bulk transfer */

} ;


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7楼
wiba|  楼主 | 2021-6-8 17:12 | 只看该作者
第五步：修改函数接口
默认的HAL库函数是只针对一路CDC的情况，所以我们需要修改成多路CDC操作函数，将端口参数传递出来，一共有下面几个函数：

USBD_CDC_DataOut:USB接收函数回调，修改提供端口参数
CDC_Receive_FS(uint8_t *Buf, uint32_t *Len):USB CDC接收函数
CDC_Transmit_FS(uint8_t* Buf, uint16_t Len):USB CDC发送函数
USBD_CDC_TransmitPacket(USBD_HandleTypeDef *pdev)
USBD_CDC_ReceivePacket(USBD_HandleTypeDef *pdev)
这几个函数的调用关系为：

CDC_Transmit_FS->
     ~~~~    USBD_CDC_TransmitPacket->
         ~~~~~~~~        USBD_CDC_DataOut->
             ~~~~~~~~~~~~            CDC_Receive_FS

USBD_CDC_DataOut函数有一个参数是epnum，这个是端点号，我们就可以使用该参数来区分是哪一路CDC！

所以USBD_CDC_DataOut函数添加上epnum参数，改为：



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8楼
wiba|  楼主 | 2021-6-8 17:13 | 只看该作者
USBD_CDC_TransmitPacket函数改为：

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9楼
wiba|  楼主 | 2021-6-8 17:14 | 只看该作者

USBD_CDC_ReceivePacket函数改为：


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10楼
wiba|  楼主 | 2021-6-8 17:15 | 只看该作者
CDC_Transmit_FS函数改为：

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11楼
wiba|  楼主 | 2021-6-8 17:16 | 只看该作者
CDC_Receive_FS函数改为：

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12楼
wiba|  楼主 | 2021-6-8 17:17 | 只看该作者
到此就已经修改完毕了，将USB接入电脑后，设备管理区会多出现一个USB复合设备和两个端口，这样就是成功了：

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13楼
wiba|  楼主 | 2021-6-8 17:18 | 只看该作者
本帖最后由 wiba 于 2021-6-8 17:19 编辑

下面进行测试，使用串口助手同时对两路CDC进行收发测试效果如下：

互不影响，USB两路CDC成功！


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14楼
wiba|  楼主 | 2021-6-8 17:20 | 只看该作者
注意事项及问题
如果你移植的时候将USB接入电脑后，设备管理器里面只会出现1路串口，那么可能是因为你先用的CDC单独的工程测试的，电脑已经默认枚举为了VCP，那么此时有两种办法解决：

设备管理器卸载掉出现的虚拟串口，重新拔插USB
修改程序里的USBD_VID，换个其他编号

我是用第二个办法解决的！


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15楼
wiba|  楼主 | 2021-6-8 17:21 | 只看该作者
补充：3路CDC实现

实现3路CDC修改步骤跟实现2路一样，首先是PMA端点的配置：


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16楼
wiba|  楼主 | 2021-6-8 17:22 | 只看该作者
为什么要把CDC_DATA_FS_MAX_PACKET_SIZE改成32呢？

现在我们算一下使用到的端点：

0X80、0X00用于USB必须的
0X81、0X01用于CDC1输入输出端点
0X82、0X02用于CDC2输入输出端点
0X83、0X03用于CDC3输入输出端点
0X84用于CDC1命令控制端点、0X04未用但占用空间
0X85用于CDC2命令控制端点、0X05未用但占用空间
0X86用于CDC3命令控制端点、0X06未用但占用空间
可以看到我们用到的端点很多，光算输入输出端点一共8个，每个端点最大占用64，那么就是512字节，而PMA一共才512字节，所以如果将端点缓冲设置为最大64字节的话，3路CDC串口缓存空间不够用！不改成32的话你会发现第1和2路串口收发没问题，而第三路串口返回的都是0！

如下图：



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17楼
wiba|  楼主 | 2021-6-8 17:22 | 只看该作者
改成32后，效果如下：

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18楼
wiba|  楼主 | 2021-6-8 17:24 | 只看该作者

三路虚拟串口收发数据互不影响，到这里就成功了！


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19楼
便携手到老| | 2021-6-8 17:37 | 只看该作者
细致入微的讲解，太棒了。

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