基于MCU_USB的虚拟串口助手实现

一 、实验目的：

通过MCU的USB模块加串口模块，实现一个串口助手的功能。具体操作为把USB接收到的数据通过串口发送，同时实现串口接收的数据回传到USB，从而实现从USB到TTL的电平转换。

二、实验环境：

1.mcu： 国芯ccm4202

2.开发环境：Keil

三、操作步骤：

1.USB设置为CDC类

USB CDC类的通信部分主要包含三部分：枚举过程、虚拟串口操作和数据通信。其中虚拟串口操作部分并不一定强制需要，因为若跳过这些虚拟串口的操作，实际上USB依然是可以通信的，这也就是为什么上图中，在操作虚拟串口之前会有两条数据通信的数据。之所以会有虚拟串口操作，主要是我们通常使用PC作为Host端，在PC端使用一个串口工具来与其进行通信，PC端的对应驱动将其虚拟成一个普通串口，这样一来，可以方便PC端软件通过操作串口的方式来与其进行通信，但实际上，Host端与Device端物理上是通过USB总线来进行通信的，与串口没有关系，这一虚拟化过程，起决定性作用的是对应驱动，包含如何将每一条具体的虚拟串口操作对应到实际上的USB操作。需要注意的是，Host端与Device端的USB通信速率并不受所谓的串口波特率影响，它就是标准的USB2.0全速(12Mbps)速度，实际速率取决于总线的实际使用率、驱动访问USB外设有效速率(两边)以及外部环境对通信本身造成的干扰率等因素组成。

2.接口映射

初始化MCU的UART，实现通过UART把USB的数据进行收发。

四、软件实现：

1.USB设置为CDC类

void USB_CDC_Init(void)
{
	//USB1.1, 同时配置USB配置项为USB1.1模式
	g_usbVer = 0;
	//0:internal oscillator;  1:external oscillator
	USBC_PHY_Init(0);

	CCM->PHYPA |= 0x0e00;	//no need to supply VBUS.

	/* Global USB Register */
	//gUSBC_fifoReg = (USBCFIFO_Reg*)(USBC_BASE_ADDR+0x1A);
	gUSBC_fifoReg = (USBCFIFO_Reg*)(USBC_BASE_ADDR+0x60);

	gUSBC_ComReg = (USBCCommonReg*)USBC_BASE_ADDR;
	gUSBC_IdxReg = (USBCIndexedReg*)(USBC_BASE_ADDR+0x10);
	//USB data buffer
	g_databuf = USB_BUFFER_ADDR;
	//The suspend mode is disable before BULK-Only tranfer start
	g_suspendMode = 0;
	/* Setup USB register */
	//enable usb common interrupt
	//0		1		2		3		4		5		6		7 (bit)
	//Susp	Resume	Reset	SOF		Conn	Discon	SessReq	VBusErr
	gUSBC_ComReg->INTRUSBE = USB_INTERRUPT_RESET|USB_INTERRUPT_CONNECT|USB_INTERRUPT_DISCON|USB_INTERRUPT_SUSPEND|USB_INTERRUPT_RESUME;
	//enable ep0 and ep1 tx interrupts,clear other tx interrupts

	gUSBC_ComReg->INTRTXE_L = USB_INTERRUPT_EP0|(1<INTRRXE_L = (1<EINDEX = CONTROL_EP;

	//Enable Soft connection
	if(g_usbVer == 1)
		gUSBC_ComReg->UCSR  = USB_POWER_SOFT_CONN|USB_POWER_HS_ENAB;
	else
		gUSBC_ComReg->UCSR  = USB_POWER_SOFT_CONN;

	g_USBAddrFlag = 0;
	g_USBNewAddr = 0;

	NVIC_Init(3, 3, USBC_IRQn, 2);
}

2.初始化串口为中断方式

void Usb_UART_init(void)
{
	UART_InitTypeDef UART_InitStruct;
	UART_InitStruct.UART_BaudRate = LineCoding.bitrate;
	UART_InitStruct.UART_Mode = UART_INT_MODE;
	UART_InitStruct.UART_Parity = UART_PARITY_NONE;
	if( LineCoding.format == 0)
	{
		UART_InitStruct.UART_FrameLength = UART_DATA_FRAME_LEN_10BIT;
		UART_InitStruct.UART_StopBits = 1;
	}
	else
	{
		UART_InitStruct.UART_FrameLength = UART_DATA_FRAME_LEN_11BIT;
		UART_InitStruct.UART_StopBits = 2;
	}
	UART_Init(Usb_Uart, &UART_InitStruct);
}

3.串口接收数据，通过USB发送到上位机。当数据间隔大于50毫秒默认为两包数据

		ret = UART_RecvByte(Usb_Uart, &temp);
		if(STATUS_OK == ret)
		{
			uart_data_buf_[i++] = temp;
			len = i ;
		}
		else
		{
			if( Tool_Tc_cnt >= 50)
			{
				Tool_Tc_cnt = 0 ;
				if(len!= 0 )
				{
					usb_cdc_send(INDEX_EP1, (UINT8*)uart_data_buf_, len);
					i = 0 ;
					len = 0 ;
				}
			}
		}

4.USB接收数据，并将数据通过UART发出

void USBDev_DoCDCCmd_(void)
{
	UINT16 recvLen = 0;
	UINT16 len;

	len = 64;

	memset(cdc_ctl_buf_, 0x00, sizeof(cdc_ctl_buf_));
	recvLen = usb_cdc_receive(INDEX_EP2, (UINT8 *)cdc_ctl_buf_);
	if (recvLen == 0)
		return;
	len = recvLen;
	UART_SendData(Usb_Uart, cdc_ctl_buf_,len);
}

void usb_cdc_poll_(void)
{
	if( (g_uchUSBStatus & BIT1) == BIT1 )     //接收到一包数据
	{
		g_uchUSBStatus &= ~BIT1;
		USBDev_DoCDCCmd_();
	}
}

五、实验现象：

如图所示，通过MCU模拟出来的串口助手可以实现USB_TTL芯片相同效果，进行数据收发。

六、注意点

1.串口需要采用中断方式，轮训会造成数据接收转发不完全

2.usb虚拟串口部分，需要设置MCU的波特率，数据位，停止位等信息，否则会导致数据乱码。