本節課程主要講述如何通過 Mini-F0160 開發板實現 USB 轉三路虛擬串口功能。

Mini-F0160 開發板搭載 MM32F0160 ，產品內嵌 1 個 USB 控制器，內置 USB PHY，兼容 USB 2.0 全速規范，提供最高 12 Mbps 數據速率，支持設備模式，USB 控制器提供了最高 8 個雙向端點。

什么是 CDC 設備

CDC 類是 USB 通信設備類 （Communication Device Class）的簡稱。由 USB 組織定義的專門給各種通信設備使用的 USB 子類。

通常，CDC類由兩個接口子類組成：

通信接口類（Communication Interface Class）

主要用于主機對設備進行管理和控制，它包含一個控制類型的端點和一個可選的中斷類型端點。

該控制類型端點 0 一般用作請求，可以用于配置 USB 設備枚舉虛擬串口的波特率、數據類型的設置，比如數據長度、停止位等。在虛擬串口應用中，該操作并不一定需要具體實現。因為主機與設備在物理上通過 USB 總線進行通信，與串口并沒有關系，在虛擬化過程中，起決定性作用的是串口驅動，該驅動將每一條具體的虛擬串口操作對應到實際上的USB操作。同時，主機與設備之間的 USB 通信速率依然是標準的 USB2.0 Full-Speed（12Mbps）速度，并不受所謂的串口波特率影響，實際的速率取決于總線的實際使用率、驅動訪問 USB 外設的有效速率(兩邊)以及外部環境對通信本身造成的干擾率等因素。

該中斷類型端點可以用于異步事件通知，設備端可以通過該端點向主機發送內部時間等，如串口狀態變化事件等。篇幅受限，本文不進行實現。

數據接口類（Data Interface Class）

主要用于主機和設備之間進行數據傳輸，包含輸入（IN）端點和輸出（OUT）端點。

輸入（IN）端點：

用于從設備向主機發送數據。

輸出（OUT）端點：

用于主機向從設備發送數據。

多路虛擬串口的具體實現

多路虛擬串口功能可以通過組合設備（Composite Device）進行實現。組合設備是指具有多個接口，且接口間相互獨立的USB設備。一個USB組合設備只有一個設備地址。在開發過程中，可以將不同的功能與不同的接口對應，來開發多功能的USB設備，描述符層次結構更清晰，出錯容易排查。

設備描述符

設備描述符（Device Descriptor）是在設備連接時主機讀取的第一個描述符，說明了 USB 設備的通用信息，提供關于設備、設備的配置以及任何設備所歸屬類的信息。主機在取得設備描述符后，就可以繼續去獲取設備的配置、接口和端點描述符等信息。

USB 設備只有一個設備描述符。在設備描述符中，可以使用 bDeviceClass = 0x00, bDeviceSubClass = 0x00, dDeviceProtocol = 0x00 表示此類信息在接口描述符內給出；也可以使用【0xEF,0x02,0x01】表示當前為組合設備。下圖為主機請求設備描述符，設備返回設備描述符報文：

配置描述符

配置描述符（Configuration Descriptor）說明了一個特定配置的相關信息。當主機請求配置描述符時，返回的是所有相關的接口和端點描述符。

一個USB設備有一個或多個配置描述符。配置描述符描述了配置所提供的接口數量。每個接口可以獨立操作。每種配置有一個或多個接口，而且每個接口有零個或多個端點。在一個配置中，接口不會共享一個端點，除非端點被相同接口的備用設置使用。沒有這一限制、屬于不同配置的接口可以共享端點。

配置描述符規定了設備的特征和能力。一般單個配置已經足夠了，但在驅動程序的支持下，帶有多應用或多電源選擇的設備可支持多重配置。且每次只有一個配置被激活。每個配置需要一個配置描述符，其中含有關于設備電源使用及所支持接口數的信息。每個配置描述符都有附屬描述符（subordinate descriptor），包括一個或多個接口描述符（Interface Descriptor）以及可選的端點描述符（Endpoint Descriptor）。

配置描述符如下：

接口描述符

下圖所示為標準的接口描述符定義。

單個CDC類的描述符需要兩個接口：通信接口描述符和數據接口描述符。這兩個接口需要接口關聯描述符（Interface Association Descriptor）進行綁定。

接口關聯描述符

IAD 接口關聯描述符提供了一種功能：即把實現單個功能的多個 Interface 打包在一起。通過接口關聯描述符打包在一起的若干 Interface 是同一個功能設備的 Interface，PC端只需要加載同一個驅動即可。

通信（控制）接口描述符

該接口描述符需要包含功能描述符（Header，Call Management, ACM）、端點描述符。

功能描述符

Header 功能描述符

Call Management 功能描述符

ACM

Union 功能描述符

數據接口描述符

端點描述符

下圖所示為標準的端點描述符定義。

本文中分配的端點如下：

代碼：

/*CDC端點1*/
#defineEPNUM_CDC_0_NOTIF0x81
#defineEPNUM_CDC_0_OUT0x02
#defineEPNUM_CDC_0_IN0x82

/*CDC端點2*/
#defineEPNUM_CDC_1_NOTIF0x83
#defineEPNUM_CDC_1_OUT0x04
#defineEPNUM_CDC_1_IN0x84

/*CDC端點3*/
#defineEPNUM_CDC_2_NOTIF0x85
#defineEPNUM_CDC_2_OUT0x06
#defineEPNUM_CDC_2_IN0x86

配置描述符 / 接口描述符 / 端點描述符

uint8_tconstdesc_fs_configuration[]=
{
/*Confignumber,interfacecount,stringindex,totallength,attribute,powerinmA*/
TUD_CONFIG_DESCRIPTOR(1,ITF_NUM_TOTAL,0,CONFIG_TOTAL_LEN,0x00,100),

/*1stCDC:Interfacenumber,stringindex,EPnotificationaddressandsize,EPdataaddress(out,in)andsize.*/
TUD_CDC_DESCRIPTOR(ITF_NUM_CDC_0,4,EPNUM_CDC_0_NOTIF,8,EPNUM_CDC_0_OUT,EPNUM_CDC_0_IN,64),

/*2ndCDC:Interfacenumber,stringindex,EPnotificationaddressandsize,EPdataaddress(out,in)andsize.*/
TUD_CDC_DESCRIPTOR(ITF_NUM_CDC_1,4,EPNUM_CDC_1_NOTIF,8,EPNUM_CDC_1_OUT,EPNUM_CDC_1_IN,64),

/*3ndCDC:Interfacenumber,stringindex,EPnotificationaddressandsize,EPdataaddress(out,in)andsize.*/
TUD_CDC_DESCRIPTOR(ITF_NUM_CDC_2,4,EPNUM_CDC_2_NOTIF,8,EPNUM_CDC_2_OUT,EPNUM_CDC_2_IN,64),
};

字符串描述符

charconst*string_desc_arr[]=
{
(constchar[]){0x09,0x04},//0:Supportedlanguage:English(0x0409)
"MindMotion",//1:Manufacturer
"MM32-3VCP",//2:Product
"20221229",//3:Serials
"CDCVirtualCOM",//4:CDCInterface
};

CDC Task 接口

在該接口函數中，本文主要實現了各個串口的回環功能，即在任務處理中發送當前端點的接收字符。

voidcdc_task(void)
{
uint8_titf;

for(itf=0;itf

	

	基本測試

	如上，我們就完成三路虛擬串口的CDC功能，將程序下載到MCU中，插上USB線，然后在電腦的設備管理器的端口欄就可以找到對應的USB CDC枚舉模擬串口設備。

	



	成功枚舉，我們繼續在Windows 和 Linux 環境下測試一下通信：

	

	測試成功。





	審核編輯：劉清