在进行USB CDC类开发时，无法发送64整数倍的数据

时间：2018-11-27 10:00:01

关键字： cdc USB 数据 64整数倍

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[导读]1 前言本文将基于STM32F4DISCOVERY板，介绍如何使用USB的CDC类进行开发，以及在开发过程中碰到发送64整数倍数据时会失败的问题分析及解决方案。2 硬件介绍在创建工程之前，我们首先即将使用的硬件进行必要的介绍。图

1 前言

本文将基于STM32F4DISCOVERY板，介绍如何使用USB的CDC类进行开发，以及在开发过程中碰到发送64整数倍数据时会失败的问题分析及解决方案。

2 硬件介绍

在创建工程之前，我们首先即将使用的硬件进行必要的介绍。

图1 USB电路

如上图所示，USB电路使用PA11，PA12，全速USB OTG，当然，这里只做device，英雌只需要看上图的下面部分。

图2 按键电路

如上图，本例中将使用到1个用户按键，PA0，按下时为1电平。
另外，晶振使用的是外部HSE 8M晶振。

3 创建CubeMx工程

打开CubeMX(V4.17.0)，创建一个以STM32F407VGTx的工程，使用FS-USB，并使用PA0外部输入EXIT，如下图所示：

图3 pinout

使能外部HSE，使用外部8M HSE,其时钟树如下设置：

图4 时钟树

接下来是配置参数，这里只修改USB中断优先级为1，而PA0的外部中断优先级设置为4，如下：

图5 中断优先级设置

然后再中间件将USB class设置为Communicaiton Device Class,如下：

图6 USB Class设置

最后将工程的堆设为0.5K，栈设为1.5K :

图7 堆栈设置

最后生成一个 F407_CDC_Test的工程。

4 修改工程代码

我们对生成的工程不做任何修改，直接编译后烧进开发板后是可以被PC识别为虚拟串口的，如下图所示：

图8 PC识别为虚拟串口

当然，这里的前提是必须在PC机上安装了ST发布的虚拟串口驱动(STSW-STM32102下载地址 :http://www.st.com/content/st_com/en/products/development-tools/software-development-tools/stm32-software-development-tools/stm32-utilities/stsw-stm32102.html)。

(注意：这里所说的虚拟串口主要是指其可以被当做串口来用，但其速度跟串口所设置的波特率完全没有关系，用户不要被名字所迷惑，虽然使用起来跟串口没有区别，但其本质还是USB，在初始化设置波特率不会对USB的通讯速率产生任何影响，本文档所描述的是全速USB，因此，其最大速率就固定为12M/S，这个是由全速USB外设标准48M输入时钟所决定的)

此时是没有任何具体功能的，为了更好的看到通讯的数据，我们将使用串口通讯工具来进行测试，这里我们使用的串口工具是: sscom32.

4.1 验证接收功能

我们将使用PC串口工具SSCOM32通过USB向MCU发送数据，为了能在PC端能看到MCU是否能接收到数据，我们在MCU端修改代码，让MCU一旦接收到来自PC端的数据后，立马返回一模一样的数据，因此需要在生成的源码文件usbd_cdc_if.c文件中找到到函数：CDC_Receive_FS()，添加处理函数，如下：

staticint8_tCDC_Receive_FS(uint8_t*Buf,uint32_t*Len){/*USERCODEBEGIN6*/HanldeReceiveData(Buf,*Len);USBD_CDC_SetRxBuffer(&hUsbDeviceFS,&Buf[0]);USBD_CDC_ReceivePacket(&hUsbDeviceFS);return(USBD_OK);/*USERCODEEND6*/}/*USERCODEBEGINPRIVATE_FUNCTIONS_IMPLEMENTATION*/staticvoidHanldeReceiveData(uint8_t*Buf,uint32_tLen){CDC_Transmit_FS(Buf,Len);}/*USERCODEENDPRIVATE_FUNCTIONS_IMPLEMENTATION*/12345678910111213141516171234567891011121314151617

编译后烧进板子进行验证：

图9%20MCU接收返回相同数据

如上如所示，串口工具能够收到来自MCU的返回数据，与发送数据完全一样，这说明，MCU已经接收到了PC端发送的数据，另外，PC端也能接收到MCU端发送的数据。

4.2%20验证发送功能

接下来我们来通过按键响应来主动向PC端发送数据，我们在按键回调函数内添加代码如下：

/*USERCODEBEGIN0*/staticuint8_tSendData[256]={0};voidHAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_tGPIO_Pin){uint16_ti;for(i=0;i即用户按下按键，MCU则向PC端发送一次数据，这里发送的是63个字节，内容为0~62，测试后PC端的串口工具完全能收到MCU端发送的63个字节，如下图所示：

图10 PC端收到63个字节
但是当我们将代码修改为发送64个字节后 :

/*USERCODEBEGIN0*/staticuint8_tSendData[256]={0};voidHAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_tGPIO_Pin){uint16_ti;for(i=0;i修改后进行验证，发现PC端串口工具不能接收到数据，，这里代码基本完全没有变化，只是发送长度之前为63，这里为64，结果却不相同，很明显，USB CDC协议栈哪里出了问题。
我们先使用USB分析仪对发送64个字节时进行USB总线监控：

图11 USB数据监控
如上图，我们发现，当发送64个字节时，由于正好是最大包长(64)，按USB标准来看，应该多发一次空的transaction,但是这里，仅仅只发了一次transaction，这也就是为什么串口没有接收到数据的原因(MCU端的USB实际上是已经发送了64个字节，但由于缺少一个transaction，因此PC端的驱动会认为数据格式不完整，而放弃所有已经接收到的数据，从而使上层看起来没有接收到任何内容)。

图12 USB2.0标准对于最大包长整数倍的要求
因此，接下来的工作就是找到USB协议栈中的相应处理环节，然后将缺少的那个空的transaction补上即可。

4.3 USB CDC协议栈修改4.3.1 USB数据发送流程分析在对USB CDC协议栈进行修改之前，我们先来梳理下USB发送的流程。
发送USB数据大概过程如下：
1> 填写DIEPTSIZ寄存器的发送包数(pakage count)和传输大小(transfer size)。
2> 使能发送断点的发送空中断(DIEPEMPMSK,利用发送空中断TXFE来将发送数据填充到DFIFO)。
3> 使能中断。
4> 后续就是中断的事了。
后续将会有3次中断：
1> USB_OTG_DIEPINT_TXFE中断:在此中断处理中，程序将发送缓冲的数据分包填充到DFIFO（不能超过最大包长，只有最后一包数据才有可能小于最大包长）。
2> USB_OTG_DIEPINT_TXFE中断: 还是TXFE中断，上次TXFE填充的发送数据全部发送完了后，最终还是会继续触发TXFE中断，也就是这次中断，在这次FXFE中断中禁止FXFE。也就是说，后续不会再有TXFE中断，除非再次使能。
3> USB_OTG_DIEPINT_XFRC中断：传输完成中断，表示到这次中断为止，传输完成。在这个中断中将回调HAL_PCD_DataInStageCallback()函数，就相当于发送中断一样。
这就是USB数据发送的流程，这里需要注意地是，对于端点0和非端点0来说，在具体流程实现上还是稍微有所差异的。究其原因，主要是端点0和非端点0的DIEPTSIZ寄存器的包大小和传输大小位宽是不一样的。如下图：

图13 端点0的DIEPTSIZ寄存器

图14 端点1~3的DIEPTSIZ寄存器
对比上图，端点0的DIEPTSIZ寄存器的XFRSIZ位宽为7，最大值为127，也就是说最多一次只能传输127个字节，按最大包长64字节来算，就是是最多两包数据。如果需要发送超过127个字节时，又该如何做呢？查看USB协议栈内核代码，发现每次端点0发送数据时，在发送代码中固定每次最多可以传输64字节，然后在传输完成中断处理时，再将剩下的数据接着传输(usb core)，当然，每次传输最多也是64个字节，就这样，直到发送完所有数据为止。为什么每次传输最大设置为64？不是XFRSIZ位宽为7,理论上可以为127吗？我的理解是，这样也是可以的，只要包长控制在64个字节内就可以了，至于每次传输多少字节，只要XFRSIZ位宽够用，你可以设置127个字节范围内任何数据均可。代码中设置为64，主要为了图方便。

但是，对于非端点0，XFRSIZ位宽为19位，524288个字节，足够传输所有实际数据了，因此，在发送代码中，并没有限定传输数据的长度，在TXFE中断中也能将所有待发送的字节填入DFIFO。但是，当发送的数据刚好是64的整数倍时，按USB标准，应该继续发送一次空字节，以表示数据全部发送完毕。
4.3.2 代码修改对比端点0的处理，发现端点0在传输完成中断(XFRC)中，有对这种情况的判断，一旦检测到这种情况，则会发送一次空传输。如下：
usb_core.c文件中的USBD_LL_DataInStage()函数 :
USBD_StatusTypeDefUSBD_LL_DataInStage(USBD_HandleTypeDef*pdev,uint8_tepnum,uint8_t*pdata){USBD_EndpointTypeDef*pep;if(epnum==0){pep=&pdev->ep_in[0];if(pdev->ep0_state==USBD_EP0_DATA_IN){if(pep->rem_length>pep->maxpacket){pep->rem_length-=pep->maxpacket;//继续发送剩余数据USBD_CtlContinueSendData(pdev,pdata,pep->rem_length);/*Prepareendpointforprematureendoftransfer*/USBD_LL_PrepareReceive(pdev,0,NULL,0);}else{/*lastpacketisMPSmultiple,sosendZLPpacket*/if((pep->total_length%pep->maxpacket==0)&&(pep->total_length>=pep->maxpacket)&&(pep->total_lengthep0_data_len)){//再多发送一次空数据USBD_CtlContinueSendData(pdev,NULL,0);pdev->ep0_data_len=0;/*Prepareendpointforprematureendoftransfer*/USBD_LL_PrepareReceive(pdev,0,NULL,0);}else{if((pdev->pClass->EP0_TxSent!=NULL)&&(pdev->dev_state==USBD_STATE_CONFIGURED)){pdev->pClass->EP0_TxSent(pdev);}USBD_CtlReceiveStatus(pdev);}}}if(pdev->dev_test_mode==1){USBD_RunTestMode(pdev);pdev->dev_test_mode=0;}}elseif((pdev->pClass->DataIn!=NULL)&&(pdev->dev_state==USBD_STATE_CONFIGURED)){pdev->pClass->DataIn(pdev,epnum);//非0端点回调CDC类的DataIn()函数处理}returnUSBD_OK;}12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455565758596061626364651234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556575859606162636465