USB转串口（CDC协议）实现原理

[i=s] 本帖最后由 simonqian 于 2009-9-15 03:40 编辑

今天看了一下ST的USB转串口固件，怎一个垃圾了得。。。。。。还好当初做这个的时候没有看ST的代码。

我也提出我自己的实现方式 -------- 全中断实现方式。

1. 数据流
USB转串口存在2个数据流（除控制端点以外），一个是USB_OUT（PC发送数据） -->> USART_OUT（串口发送数据），另一个就是USART_IN（串口接收数据） -->> USB_IN（PC接收数据）。涉及到USB和USART接口，其中USB的速度是可以控制的（通过发送NAK，可以让主机发送数据的速度减慢）。
USB_OUT（PC发送数据） -->> USART_OUT（串口发送数据）中，USB_OUT的速度是可控制的，USART_OUT的速度也是可以控制的（肯定是一个字节发送完成后再发送下一个）。这样，就不会存在问题。
USART_IN（串口接收数据） -->> USB_IN（PC接收数据）中，USB_IN的速度同样是可控制的，但是USART_IN的速度并不是STM32（主控芯片）可以控制的（不用偶解释为虾米了吧），那么系统性能瓶颈就在USART_IN上。其他部分是不会丢数据的。
在921600的baudrate下，USART_IN的触发周期在11us左右（实测12us以上）。如果是STM32支持的最快4.5M的速度的话，那么触发周期在2.2us。这时，所有其他处理都要为接收串口数据让步，否则会丢失数据。

2. 中断处理
我使用这种方式：USART的中断可以打入USB的中断，USART的中断处理其实很短，接收数据的话，一般在1us以内，不会影响USB功能。
数据发送中断（USB_IN、USART_OUT）：简单判断相应的发送缓存中是否有数据，有的话，发送下一个。
数据接收中断（USB_OUT、USART_IN）：把数据放入缓存，如果相应的发送正在进行的话，返回；否则启动数据的发送。

3. 缓冲方式
可想而知，这里使用的是圆形缓存，接收到数据，放入缓存，并修改head指针和有效数据长度，发送完数据，修改tail指针和有效数据长度。
需要注意的是要严格控制临界点，以防访问冲突。

4. 简单的测试
我这里最快只测试过921600的速度，我这里没有其他设备能够使用更高的速度了。
用上位机下载MTK手机平台的固件（12+MB）的时候，最终速度为42KB/s左右（没有进行太多的优化），而是用FT2303时，速度大概在45-47KB/s左右，这个性能还是很满意的，以后又时间再优化。
我这里使用的硬件是http://www.SimonQian.com/en/Versaloon中的硬件。

5. 额外功能
Windows下，USB转串口（CDC）是需要个inf驱动文件的，那么可以在STM32上再通过IAD的方式实现一个U盘，用于存放驱动，这样就可以做成一个无驱型USB转串口了。这个同样也是完全基于中断处理的。当然，由于STM32芯片Flash的限制，模拟出来的U盘容易只有几十K字节而已，放一个驱动是足足有余了。