使用STM32F407ZET6的高速USB虚拟串口DMA发送数据试验记录

发表于 2025-10-10 14:33

芯片型号：

单片机：STM32F407ZET6

外部PHY芯片 USB3300

工具：STM32CubeMX 6.9.2

MDK5

USB种类：

高速USB（HS），单片机作为设备，PC机（WIN 11 64位）作为主机。设备启用DMA通过虚拟串口向主机传输数据。

因手里的项目使用全速USB虚拟串口进行数据传输时，目前能做到的最快速度之达到730KB左右，对于要传输以GB为单位的原始数据，实属杯水车薪，因此前段时间通过外扩PHY芯片（USB3300）实现了高速USB虚拟串口，但是测试下来发现，速度也只有6MB/秒，经过排查发现程序自己的开销也会耗费大量的时间，比如USB 协议规定了端点的最大包长（高速 Bulk 端点通常为 512 字节），如果在没有启动DMA的情况下，主程序从EMMC中读取了16K字节的数据，必须将这16K字节的数据拆分成32个512字节进行传输，即进行32次发送，32次发送的代码执行与状态查询的开销。因此想通过DMA模式将缓冲区的数据发送到USB虚拟串口，这样只需要调用一次发送函数，等中断回调函数触发后置标志，即可开启下一次发送。

以下是CUBMX的配置相关内容记录：

基本的配置这里就不记录了，只说关键的配置。

高速USB  设备模式使能DMA。这里要我需要注意的是，USB虚拟串口DMA不需要指定数据流以及配置，CUBMX上对于DMA的配置就只有使能DMA这一项。

生成代码，我这里自己建立了一个文件，作为全局变量定义和声明的单独模块，并包含了所用的外设对应文件的头文件，以后只要是包含我这个头文件，便包含了所有的头文件。

这是自定义的.c文件

HAL_StatusTypeDef Ret;
HAL_MMC_CardInfoTypeDef EMMC_Info;
uint8_t Emmc_Dma_Read_OK_** = READ_OK;//DMA读取EMMC数据完成标志初始化为1使得首次读取能够发起
uint8_t rx_byte = 0;//存放串口接收到的一个字节数据
uint8_t Dma_Read_Emmc_Buf1[BLOCK_SIZE*READ_BLOCK_NUM];//缓冲区1
uint8_t __attribute__((aligned(4))) USB_TX_BUF[512]={0x00};
uint8_t USB_TX_BUF_Big[512*32]={0x00};
uint8_t USB_Send_** = USBD_FAIL;
uint8_t tempData = 0;
uint8_t USB_Send_Data_** = USB_SEND_OK;//USB发送数据结束标志

这里定义了需要用到的全局变量，包括用于发送的缓冲数组，需要注意的是发送的数组必须是全局变量或者静态变量，生命周期要长，否则调用函数传参后，生命周期不够长的话DMA就找不到数据源，会出错。

接下来在自定义的.h文件中对上述变量以extern进行声明，这样其他的模块文件中只需要包含自定义的头文件即可使用。

#define USB_SEND_OK 1
#define USB_SENDING 0

//全局变量
extern HAL_StatusTypeDef Ret;
extern HAL_MMC_CardInfoTypeDef EMMC_Info;
extern uint8_t Emmc_Dma_Read_OK_**;//DMA读取EMMC数据完成标志初始化为1使得首次读取能够发起
extern uint8_t rx_byte;//存放串口接收到的一个字节数据
extern uint8_t Dma_Read_Emmc_Buf1[BLOCK_SIZE*READ_BLOCK_NUM];//缓冲区1
extern uint8_t USB_TX_BUF[512];
extern uint8_t USB_TX_BUF_Big[512*32];
extern uint8_t USB_Send_**;
extern uint8_t tempData;
extern uint8_t USB_Send_Data_**;

接下来，写一个发送数据的函数，这个函数将main函数中被调用，用于发送数据。

//USB数据接收处理函数
void USB_Send_Data(uint8_t *PBuf)
{
if(USB_Send_Data_** == USB_SEND_OK)
{
USB_Send_Data_** = USB_SENDING;
      USB_Send_** = CDC_Transmit_HS(PBuf,512*32);
      if(USB_Send_** == USBD_OK)
      {
         //send ok
      tempData = 1;
      printf("Send_OK\r\n");
      }
      else
      {
         //send Fail
      if(USB_Send_** == USBD_BUSY)
      {
         printf("Send_Fail_USBD_BUSY\r\n");
      }
      else if(USB_Send_** == USBD_FAIL)
      {
         tempData = 3;
      printf("Send_Fail_USBD_3\r\n");
      }
      else
         {
         tempData = 4;
      printf("Send_Fail_USBD_4\r\n");
      }
      }
}
}

这个 USB_Send_Data 函数的主要功能是通过 USB 虚拟串口（CDC）发送数据，并包含发送状态判断和错误处理逻辑，具体功能如下：

1. 发送条件判断
函数首先检查全局标志 USB_Send_Data_** 是否为 USB_SEND_OK（发送就绪状态）：若未就绪（如处于发送中状态 USB_SENDING），则不执行任何发送操作，直接退出；
若就绪，则进入数据发送流程。

USB_Send_Data_**这个是发送成功的标志，每次发送16K字节后主动将这个变量设置为0，然后再在中断回调函数中将其置1-USB_SEND_OK，作为是否发起一次16K字节数据传输的条件。

这个标志在由CUBMX创建的工程文件中的usbd_cdc_if.c文件中的CDC_TransmitCplt_HS回调函数中进行置位：

static int8_t CDC_TransmitCplt_HS(uint8_t *Buf, uint32_t *Len, uint8_t epnum)
{
  uint8_t result = USBD_OK;
  /* USER CODE BEGIN 14 */
  UNUSED(Buf);
  UNUSED(Len);
  UNUSED(epnum);

  USB_Send_Data_** = USB_SEND_OK ;

  /* USER CODE END 14 */

  return result;
}

2. 启动数据发送
将 USB_Send_Data_** 置为 USB_SENDING（标记为发送中），防止重复发送；
调用 CDC_Transmit_HS 函数发送数据：
发送缓冲区为传入的 PBuf（外部提供的数据源）；
发送长度固定为 512*32 = 16384 字节（16K 字节，需配合 USB 高速端点的分包传输）；
发送结果存储在 USB_Send_** 中。

3. 发送结果处理
根据 CDC_Transmit_HS 的返回值（USB_Send_**）处理不同情况：

发送成功（USBD_OK）：
设置 tempData = 1（可能用于外部状态判断）；
打印日志 Send_OK 提示发送启动成功（注意：此处仅表示 “发送请求被接受”，不代表数据已完全发送到主机）。
发送失败：
若返回 USBD_BUSY（设备忙碌）：打印 Send_Fail_USBD_BUSY，表示当前 USB 正在处理其他发送任务，无法接受新请求；
若返回 USBD_FAIL（发送失败）：设置 tempData = 3，打印 Send_Fail_USBD_3；
其他错误：设置 tempData = 4，打印 Send_Fail_USBD_4，用于捕获未定义的错误类型。

我需要注意的是：

CDC_Transmit_HS这个函数，如果是在启用DMA的情况下，会将你传入的数据长度（这里是512*32）的数据进行分包，这个分包是底层进行的，上层只管调用并传参即可。

再写一个初始化变量的函数，用于向缓冲数组中写入固定已知的数据，一次来验证数据收发是否一致，这个试验主要针对USB，为了保证篇幅不要太大，数据源就直接用初始化的，不从EMMC中读取了：

//数据初始化函数
void Data_Init(void)
{
memset(USB_TX_BUF_Big,0xA6,sizeof(USB_TX_BUF_Big));

}

在主函数中，进行数据初始化和调用，以下是主函数：

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_SDIO_MMC_Init();
  MX_USB_DEVICE_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  //HAL_MMC_GetCardInfo(&hmmc, &EMMC_Info);//获取EMMC芯片信息
  Data_Init();

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  HAL_Delay(5000);
  while (1)
  {
/* USER CODE END WHILE */

/* USER CODE BEGIN 3 */

//printf("程序运行打印测试\r\n");
if(Emmc_Dma_Read_OK_** == READ_OK)
{

HAL_Delay(100);
USB_Send_Data(USB_TX_BUF_Big);

}

这里面我需要注意的是：

注意1：主函数不能一上来就直接调用发送函数，否则会导致出错，经过分析，发现原因是USB接入主机后需要枚举识别，这需要时间。

注意2：目前手头没有称手的串口调试工具，目前使用的是sscom5.13.1，这个串口调试助手好用，但是面对海量数据的时候，会有卡顿。

注意3：使用USB虚拟串口作为设备向主机传输数据的时候，主机也必须接收，比如PC机上的串口调试助手需要识别到这个COM口，并打开，如果串口调试助手不接收，会导致设备端认为数据传输没有完成，进而导致发送完成中断回调函数不触发调用，那么呢，USB_Send_Data_**这个标志就不会恢复，主程序也不会开启新的传输，现象就是好像程序没起作用，数据没发出来。

因此，我在进入while(1)循环前先延时5秒，主要就是等枚举完成，并未打开串口调试助手留足够的时间。

另外为了防止串口调试助手被海量数据卡死，我在while (1)里面加了1秒的延时，到时候可以更改HAL_Delay(1000);里面的这个1000（单位ms）来控制传输启用的间隔。

我是用两个串口调试助手来做试验：

串口1是打印调试口，是1路232，USB口主要用于虚拟串口数据的接收和显示。

整个试验程序的流程就是：

一次收16384字节，字数没错，内容全是16进制A6，内容也没错。

串口1秒打印一次发送函数返会成功。
————————————————
版权声明：本文为CSDN博主「用歌声补够」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/dgw2016/article/details/151799497

[STM32F4] 使用STM32F407ZET6的高速USB虚拟串口DMA发送数据试验记录

相关帖子

浏览过的版块