STM32 и USB. Реализация USB Virtual COM Port.

Доброго всем дня, сегодняшняя статья будет посвящена реализации виртуального COM-порта для микроконтроллеров STM32. Эта тема уже поднималась на нашем сайте, но, в отличие от всех предыдущих случаев, сегодня мы будем производить все настройки при помощи STM32CubeMx. Собственно, стартуем.

И начинаем с действий, ставших привычными - создаем новый проект в CubeMx. Я буду использовать отладочную плату STM32F4Discovery и, соответственно, выбираю контроллер STM32F407VG при создании проекта.

С этим никаких сложностей возникнуть не должно, все-таки мы уже много раз проделывали это в предыдущих статьях, посвященных STM32CubeMx (статьи про STM32CubeMx), поэтому давайте сформулируем задачу, которую будем сегодня решать.

А задача проста - реализуем поддержку USB Virtual Com Port и отправим тестовый набор данных с платы на ПК. Таким образом, мы должны добиться определения нашей отладочной платы в системе как виртуального COM-порта. А открыв этот порт в какой-нибудь терминальной программе мы должны будем увидеть правильно принятые данные. Просто и наглядно, приступаем к осуществлению.

Первым делом включим поддержку USB в проекте. Для этого посещаем вкладку "Pinout & Configuration":

Кроме того, задействуем внешний тактовый генератор (8 МГц), установленный на плате - ровно так же как мы делали в статье про тактирование:

Осталось выбрать режим работы USB для нашего устройства:

На этом первый этап настроек проекта закончен, переходим в окно настроек тактирования (вкладка "Clock Configuration"). Здесь нам необходимо обеспечить подачу ровно 48 Мгц для тактирования модуля USB, привожу полную схему с выставленными значениями:

Среди многочисленных настроек USB давайте поменяем только PRODUCT_STRING, исключительно теста ради, проверим, как это сработает. Остальное пока не трогаем:

В принципе, на этом все, можно смело переходить к генерации проекта и исходного кода...

Немного обождав, пока CubeMx завершит генерацию, получаем готовый проект, в котором выполнена вся необходимая инициализация. Давайте не будем вносить никаких изменений, а просто соберем проект и запрограммируем контроллер. После этого подключаем USB-кабель к плате и в диспетчере устройств видим новое устройство:

Если мы зайдем в свойства, то можем увидеть там значения VID и PID, которые были установлены в настройках STM32CubeMx, а кроме того измененную нами строку PRODUCT_STRING:

Никаких сомнений в правильной работе сгенерированного проекта не остается 👍 Но это только часть задачи, нужно реализовать отправку данных. А необходимые для этого функции находятся в файле usbd_cdc_if.c:

• CDC_Receive_FS(uint8_t* Buf, uint32_t* Len) - для приема данных. В данном случае по факту приема данных эта функция будет вызвана "автоматически", а в переменных Buf и Len будут указатель на принятые данные, а также количество принятых байт. Эти данные можно либо сразу обработать внутри CDC_Receive_FS() , либо сохранить для последующей обработки.
• CDC_Transmit_FS(uint8_t* Buf, uint32_t* Len) - для передачи данных.

Итак, давайте в основном цикле нашей программы будем раз в секунду отправлять 8 тестовых байт. Кстати для реализации простейших временных задержек в HAL присутствует функция HAL_Delay(). В качестве аргумента мы должны передавать количество миллисекунд. В общем, получаем такой код:

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_USB_DEVICE_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  
  uint8_t testDataToSend[8];
  for (uint8_t i = 0; i < 8; i++)
  {
    testDataToSend[i] = i;
  }

  /* USER CODE END 2 */

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

    /* USER CODE BEGIN 3 */
    HAL_Delay(1000);
    CDC_Transmit_FS(testDataToSend, 8);
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

Не забываем также добавить в начале файла директиву #include:

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "usbd_cdc_if.h"

/* USER CODE END Includes */

Теперь остается только прошить контроллер, открыть терминал и убедиться, что данные принимаются верно. Так и делаем:

Все работает отлично, как и планировалось. Собственно, на этой мажорной ноте мы заканчиваем сегодняшнюю статью, а вместе с ней и обсуждение реализации USB Virtual COM Port при помощи STM32CubeMx. В следующих статьях мы будем работать уже с другими режимами USB, так что оставайтесь на связи 🤝