本帖最后由 muyichuan2012 于 2024-7-24 13:06 编辑
AN0212-AT32 USB桥接透传工具应用指南
前言
AT32 USB 多功能桥接设备提供一个专有的高速USB接口，可以使用多种传输接口与目标进行通
信：UART, CAN, SPI, I2C，RS485, USB使用CDC协议进行外设数据透传，可搭配USART IAP,
CAN IAP, SPI IAP, I2C IAP等使用，部分系统下需要安装USB CDC驱动。
USB CDC驱动下载链接：https://www.arterytek.com/file/download/1701
支持外设：
USB to USART
USB to CAN
USB to SPI
USB to I2C
USB to RS485
支持型号列表：
支持型号 AT32F405 系列
1 概述
1.1 USB Bridge 特点
USB 端使用USBHS CDC 协议虚拟一个COM 口，支持多种外设接口，可具体需要选择转接外设接
口，同一时刻只支持转一种外设，可通过USB 控制请求配置当前使用哪一个外设，同时也支持通过
SET LINE CODEING 命令修改外设波特率。
支持外设：
USB to USART
USB to CAN
USB to SPI
USB to I2C
USB to RS485
1.1.1 外设选择
可通过3 种方法来选择外设：
通过代码初始化时固定选择支持的外设，后续不再更改
通过USB 控制端点SETUP 请求来实时选择当前外设
通过USB HID 命令请求来选择当前外设
1.1.1.1 初始化选择外设
USB Multi Bridge 在初始化时可通过函数接口usb_multi_bridge_set_type(USB_TO_USART);设置当
前使用接口，包括如下参数：
USB_TO_USART：USB 转串口
USB_TO_CAN：USB 转CAN
USB_TO_SPI：USB 转SPI
USB_TO_I2C：USB 转I2C
USB_TO_RS485：USB 转RS485
USB_TO_IDLE：当前IDLE 状态，没有转接外设
1.1.1.2 USB 控制请求选择外设
另外可通过USB 端点0 SETUP 控制传输命令配置当前支持的转接接口,可参考<Universal Serial
Bus Specification 2.0 >,如下是SETUP 数据包格式：
图 1 USB SETUP 请求格式
1.1.1.3 HID 命令选择外设
通过设备HID 设备配置当前使用的转接外设，HID VID（0x2E3C）, PID(0xFF01)。
如下是上位机发送数据对于切换的外设：
1.1.2波特率修改
不同转接外设支持不同的波特率或者频率，可通过SET LINE CODING 命令进行配置。
图 2 SET LINE CODING 命令
Line coding structure：通过dwDTERate 参数传递设置的波特率。
图 3 Line Coding Structure
USART、RS485 支持波特率: 1600bps~6Mbps
CAN 支持波特率：
表 1 CAN 支持波特率
SPI 支持时钟频率：
表 2 SPI 支持时钟频率
I2C 支持时钟频率：
表 3 I2C 支持时钟频率
1.1.3 硬件资源
1. USB 转接板 《AT32-USBHS-Adaptor》
2. USB 线缆
图 4 USB Multi Bridge 图
1.1.4 软件资源
1) SourceCode\utilities\usb_multi_bridge
注：示例工程基于keil v5建立，若用户需要在其他编译环境上使用，请参考AT32F403A_407_Firmware_Library_V2.
x.x\project\at_start_f403a\templates中各种编译环境（例如IAR6/7/8,keil 4/5, eclipse_gcc）进行对应修改即可。
1.2 USB 转接 demo 使用
1) 打开usb_multi_bridge工程源程序，选择对应需要转接的外设，通过调用
usb_multi_bridge_set_type(USB_TO_USART)来设置当前转接外设，编译后下载到转接板.
2) 连接USB线到PC，可在PC设备管理器看看到一个虚拟COM设备。可通过上位机虚拟串口工具
调试。
图 5 使用连接图
2 USB 转 USART
USB 转USART 桥接，USB 端实现一个虚拟串口设备，转接板通过USB 与PC 上位机通信，然后通
过USART 与下位机进行通信，实现USB 与USART 数据的透传功能。注意转接板的USART 波特率
与下位机的USART 波特率要配置相同。
2.1 USART 转接线连接
通过USB Multi Bridge 进行转接，需要将转接板上的RX，TX 和目标板上的TX, RX 连接,如下是连
接图：
图 6 USART 连接图
数据格式支持如下：
波特率和数据修改参照1.1.2 节。
3 USB 转CAN 桥接
USB 转CAN 桥接，USB 端实现一个虚拟串口设备，转接板通过USB 与PC 上位机通信，然后通过
CAN 与下位机进行通信，实现USB 与CAN 数据的透传功能。注意转接板的CAN 波特率与下位机的
CAN 波特率要配置相同，CAN 默认波特率500Kbit。
3.1 CAN 转接线连接
通过USB Multi Bridge 进行转接，需要将转接板上的CANH，CANL 和目标板上的CANH, CANL 连
接,如下是连接图：
图 7 CAN 连接图
3.2 USB CAN 数据转发
USB 转CAN 桥接按照CAN 协议进行封装，封装格式：
帧ID：支持11 位的标准帧ID，和29 位扩展帧ID，按照LSB 顺序传输。
ID 类型：0 表示标准ID（此时帧ID 低11 位有效），1 表示扩展ID（此时帧ID 低29 位有效）
帧类型：0 表示数据帧，1 表示远程帧
帧长：按照CAN2.0 的标准，帧长小于等于8
数据：帧数据
CAN 波特率支持参考1.1.2 章节。
USB 数据转到CAN 总线：
USB 到CAN 按照一包USB 数据转成一帧CAN 数据。
收到一包USB 数据如：0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x02 0x11 0x22
前4 个字节0x00 0x00 0x00 0x01：表示帧ID（MSB）
第5 个字节0x00：表示是一个标准帧ID，低11 位位标准帧ID
第6 个字节0x00: 表示是一个数据帧
第7 个字节0x02：表示此数据帧长度
第8,9 字节0x11,0x22：表示具体帧数据
转换成CAN 帧后：
标准帧ID=0x0001
DLC=0x02
DATA0=0x11
DATA1=0x22
CAN 总线数据转到USB：
CAN 同样按照一帧数据转换成一包USB 数据：
收到一帧标准数据帧：ID=0x02，DLC=0x03， DATA0=0x11, DATA0=0x22 ,DATA0=0x33
转换成USB 包之后：0x00 0x00 0x00 0x02 0x00 0x00 0x03 0x11,0x22,0x33
前4 个字节0x00 0x00 0x00 0x02：表示标准帧ID
第5 个字节0x00：表示是一个标准帧ID
第6 个字节0x00: 表示是一个数据帧
第7 个字节0x03：表示此数据帧长度
第8,9,10 字节0x11,0x22 0x33：表示具体帧数据
4 USB 转SPI 桥接
USB 转SPI 桥接USB 端实现一个虚拟串口设备，转接板通过USB 与PC 上位机通信，然后通过
SPI 与下位机进行通信，实现USB 与SPI 数据的透传功能，转接板的SPI 作为主机。
SPI 主机配置：
SPI 主模式
全双工模式
8 bit MSB
Polarity: CPOL High, CPHA low, NSS software
4.1 SPI 转接线连接
通过USB Multi Bridge 进行转接，需要将转接板上的MOSI,MISO,SCK,CS 和目标板上的
MOSI,MISO,SCK,CS 连接,如下是连接图：
图 8 SPI 连接图
4.2 USB SPI 数据转发
SPI 使用全双工进行收发数据，一包数据最大512 字节，如果需要大于512，则需要拆包发送。
上位机数据发送：
示例：上位机需要透传8 个数据给目标板，对应数据:0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x06 0x07 0x08
1. 上位机直接发送8 个字节 0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x06 0x07 0x08
2. 上位机需要再读取8 个字节的dummy data
上位机数据读取：
示例：上位机需要从目标板读取8 个数据
1. 上位机发送8 个字节的dummy data
2. 上位机读取8 个字节的目标板数据
SPI 支持时钟频率参考1.1.2 章节。
5 USB 转I2C 桥接
USB 转I2C 桥接USB 端实现一个虚拟串口设备，转接板通过USB 与PC 上位机通信，然后通过
I2C 与下位机进行通信，实现USB 与I2C 数据的透传功能，转接板的I2C 作为主机。I2C 主机地址
0Xc0.
I2C 配置：
I2C 主机模式
地址0x0C
5.1 I2C 转接线连接
通过USB Multi Bridge 进行转接，需要将转接板上的SCL,SDA 和目标板上的SCL,SDA 连接,如下是
连接图：
图 9 I2C 连接图
5.2 USB I2C 数据转发
使用I2C 收发数据，一包数据最大512 字节，如果需要大于512，则需要拆包发送。
USB 转I2C 数据封装格式：
方向：0x55 表示发送I2C 数据到目标板，0XAA 表示从目标板读取I2C 数据
地址：2 字节目标板地址(MSB)
数据长度：发送或者读取的数据长度，长度需要小于等于507(MSB)
数据：发送或者读取的数据
I2C 支持时钟频率参考1.1.2 章节。
上位机数据发送：
示例：上位机需要透传8 个数据给地址为0xA0 的目标板，对应数据:0x01 0x02 0x03 0x04 0x05
0x06 0x07 0x08
上位机发送数据包： 0x55 0x00 0xA0 0x00 0x08 0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x06 0x07 0x08
上位机数据读取：
示例：上位机需要从地址为0x2C 的目标板读取8 个数据
1. 上位机发送0xAA 0x00 0xA0 0x00 0x08 表示要读取8 个数据
2. 上位机再读取USB 返回数据进行解析：0xAA 0x00 0xA0 0x00 0x08 0x01 0x02 0x03 0x04 0x05
0x06 0x07 0x08
6 USB 转RS485 桥接
USB 转485 桥接USB 端实现一个虚拟串口设备，转接板通过USB 与PC 上位机通信，然后通过
485 与下位机进行通信，实现USB 与485 数据的透传功能.
6.1 RS485 转接线连接
通过USB Multi Bridge 进行转接，需要将转接板上的RS485-A, RS485-B 和目标板上的A,B 连接,如
下是连接图：
图 10 RS485 连接图
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