用于STM32单片机的UART over USB

Question

我正在尝试在STM324x9I-EVAL开发板上通过USB接口实现UART。其目的是串行地向伺服控制器(或其他硬件)发送命令。我已经在开发板上成功地实现了USB_Device_CDC示例，但不确定在另一端没有安装驱动程序的PC的情况下它到底是如何工作的。就其他硬件而言，USB端口现在会看起来像串行端口吗？或者仍然需要驱动程序或另一端的某种接口？

我想指出的是，我知道下面这篇文章：

Emulating UART over USB

但我不相信我的问题在这个答案的背景下得到了完全的回答。

Answer 1

USB连接不是像UART那样的点对点连接。它需要主机和设备处于主/从关系。设备无法启动数据传输；它必须由主机持续轮询。

CDC/ACM类设备在PC主机上提供了一个虚拟COM端口，但不允许该设备与UART接口通信。它看起来像软件级别的串行端口，但不实现UART物理层。为了让它看起来像一个PC串口，引擎盖下发生了很多可怕的事情，但在物理层面上，它没有一个像UART通信。

有些设备充当UART/USB桥接器(例如，来自FTDI和多产的)，您可以(有点昂贵地)从具有USB设备控制器和UART的微控制器构建自己的设备，但是桥接器是USB设备，并且仍然必须连接到USB主机；这些设备通常用于将PC连接到缺少USB控制器的微控制器，或者使用USB控制器的软件/CPU开销太大。

从理论上讲，您可以将具有USB主机控制器的微控制器连接到具有USB设备控制器的微控制器，但是您需要分别在每个微控制器上安装主机和设备软件堆栈，并且一旦连接上USB，实现CDC/ACM就是对可用带宽的低效利用。CDC/ACM类的主要目的是允许“传统”软件在PC上运行。

如果你需要连接到一个“真正的”串行端口，你应该使用真正的UART --在任何情况下，它都比微控制器上的USB控制器普遍得多。

Answer 2

您应该了解一些关于USB设备类的知识。CDC是一个USB设备类，而ACM是我假设您正在使用的一个子类。您创建的设备可以称为"CDC ACM设备“，因为它使用CDC类和ACM子类。

这些类和子类由USB实现者论坛在您可以在以下位置找到的文档中定义：

http://www.usb.org/developers/docs/devclass_docs/

这些文档指定了CDC ACM设备应该具有什么USB描述符以便向主机描述其自身，它应该具有什么类型的接口和端点，以及串行数据将如何在USB事务和传输方面表示。

请注意，CDC ACM仅指定了一些用于在主机和设备之间传输数据的USB命令。它没有指定设备实际将如何处理这些数据。您可以使用CDC ACM实现USB转串行适配器，也可以将其用作要发送的任何数据的通用通信接口。

：是的，，你确实需要在PC端安装驱动程序。驱动程序需要设计为在您的特定操作系统上运行。它需要在您的操作系统中创建某种类型的虚拟串行端口设备，其他软件(只知道串行端口)可以找到并连接到该设备。它需要根据CDC ACM规范将由其他软件在串行端口上执行的串行端口操作(例如，将一些字节写入串行端口)转换为低级USB命令(例如，以USB分组的形式向特定端点上的设备发送一些字节)。它需要以某种方式知道应该在哪些USB设备上操作，因为并不是每个USB设备都是CDC ACM设备。

对于Windows，您可能会使用Windows随附的usbser.sys驱动程序。对于早于Windows10的Windows10版本，您需要编写一个INF file来将您的设备与usbser.sys和sign it相关联。对于Windows10和更高版本，Windows中已经包含了一个名为usbser.inf的新INF文件，它将自动匹配任何有效的CDC ACM设备。这意味着，如果您只打算支持在Windows 10或更高版本上使用CDC ACM设备，则不必编写或分发该设备的驱动程序。partnership between Microsoft and Arduino which began in 2015给了我希望，微软将在未来继续支持和改进usbser.sys。事实上，他们claim说在Windows10中“驱动程序已经通过使用内核模式驱动程序框架进行了重写，从而提高了驱动程序的整体稳定性”，所以这是个好消息。

对于Linux，有一个内核模块，它长期以来一直是内核的标准部分，应该可以自动与您插入的任何CDC ACM设备一起工作。

对于Mac，有驱动程序，它应该自动与您插入的任何CDC ACM设备一起工作。

请注意，对于这些驱动程序中的任何一个，要识别您的设备并使用它，您的设备必须在其USB描述符中具有特定的值，并且要求可能会根据您谈论的确切驱动程序版本而有所不同。

现在的USB端口看起来会简单的像串行端口吗？

不，这是错误的思考方式。USB端口看起来仍然像USB端口，但操作系统提供的各种USB驱动程序将识别出CDC ACM设备已插入该端口，并在操作系统的串行端口列表中创建一个新条目。然后，如果您运行一些只知道串行端口的软件，它就可以连接到该端口。

实际上，如果您制作复合设备，您可以将单个USB设备插入单个USB端口，该端口实际上具有两个或更多个虚拟串行端口。