阿波罗 STM32F767 开发板资料连载第六十三章 USB 虚拟串口(Slave)实验

1）实验平台：alientek 阿波罗 STM32F767 开发板
2）摘自《STM32F7 开发指南(HAL 库版)》关注官方微信号公众号，获取更多资料：正点原子




第六十三章 USB 虚拟串口(Slave)实验
上一章我们向大家介绍了如何利用 STM32F7 的 USB 接口来做一个 USB 声卡，本章我们将
利用 STM32F7 的 USB 来做一个虚拟串口（VCP）。本章分为如下几个部分：
63.1 USB 虚拟串口简介
63.2 硬件设计
63.3 软件设计
63.4 下载验证
63.1 USB 虚拟串口简介
USB 虚拟串口，简称 VCP，是 Virtual COM Port 的简写，它是利用 USB 的 CDC 类来实现
的一种通信接口。
我们可以利用 STM32 自带的 USB 功能，来实现一个 USB 虚拟串口，从而通过 USB，实
现电脑与 STM32 的数据互传。上位机无需编写专门的 USB 程序，只需要一个串口调试助手即
可调试，非常实用。
同上一章一样，我们直接移植官方的 USB VCP 例程，官方例程路径：8，STM32 参考资料
STM32 USB 学习资料STM32_USB-Host-Device_Lib_V2.2.0ProjectUSB_Devic
e_ExamplesVCP，该例程采用 USB CDC 类来实现，利用 STM32 的 USB 接口，实现一个 USB
转串口的功能。
63.2 硬件设计
本章实验功能简介：本实验利用 STM32 自带的 USB 功能，连接电脑 USB,虚拟出一个 USB
串口，实现电脑和开发板的数据通信。本例程功能完全同实验 3（串口通信实验），只不过串
口变成了 STM32 的 USB 虚拟串口。当 USB 连接电脑（USB 线插入 USB_SLAVE 接口），开
发板将通过 USB 和电脑建立连接，并虚拟出一个串口（注意：需要先安装:光盘6，软件资料1，
软件STM32 USB 虚拟串口驱动VCP_V1.4.0_Setup.exe 这个驱动软件），USB 和电脑连接成
功后，DS1 常亮。
在找到虚拟串口后，即可打开串口调试助手，实现同实验 3 一样的功能，即：STM32 通
过 USB 虚拟串口和上位机对话，STM32 在收到上位机发过来的字符串（以回车换行结束）后，
原原本本的返回给上位机。下载后，DS0 闪烁，提示程序在运行，同时每隔一定时间，通过
USB 虚拟串口输出一段信息到电脑。
所要用到的硬件资源如下：
1） 指示灯 DS0 、DS1
2） 串口
3） LCD 模块
4） USB SLAVE 接口
这几个部分，在之前的实例中都已经介绍过了，我们在此就不多说了。这里再次提醒大家，
P10 的连接，要通过跳线帽连接 PA11 和 D-以及 PA12 和 D+。
63.3 软件设计
本章，我们在第三十章 IO 扩展实验（实验 25）的基础上修改，先打开实验 25 的工程，在
HARDWARE 文件夹所在文件夹下新建一个 USB 的文件夹，同上一章一样，对照官方 VCP 例子，将相关文件拷贝到 USB 文件夹下。
然后，我们在工程里面去掉一些不必要的代码，并添加 USB 相关代码，最终得到如图 63.3.1
所示的工程：



图 63.3.1 USB 虚拟串口工程截图

可以看到，USB 部分代码，同上一章的在结构上是一模一样的，只是.c 文件稍微有些变化。
同样，我们移植需要修改的代码，就是 USB_APP 里面的这四个.c 文件了。
其中 u***_bsp.c 和 u***d_usr.c 的代码，和上一章基本一样，可以用上一章的代码直接替换即
可正常使用。
u***_desc.c 代码，同上一章不一样，上一章描述符是大容量存储设备，本章变成了 USB 声
卡了，所以直接用 ST 官方的就行。
最后 u***d_cdc_vcp.c，这里面的代码，是重点要修改的，修改后代码如下：
//USB 虚拟串口相关配置参数LINE_CODING linecoding ={  115200, //波特率0x00, //停止位,默认 1 位0x00, //校验位,默认无0x08 //数据位,默认 8 位}; u8 USART_PRINTF_Buffer[USB_USART_REC_LEN]; //u***_printf 发送缓冲区//用类似串口 1 接收数据的方法,来处理 USB 虚拟串口接收到的数据.u8 USB_USART_RX_BUF[USB_USART_REC_LEN]; //接收缓冲,最大 USART_REC_LEN 个字节.//接收状态//bit15， 接收完成标志//bit14， 接收到 0x0d//bit13~0， 接收到的有效字节数目u16 USB_USART_RX_STA=0; //接收状态标记extern uint8_t APP_Rx_Buffer []; //虚拟串口发送缓冲区(发给电脑) extern uint32_t APP_Rx_ptr_in; //虚拟串口接收缓冲区(接收来自电脑的数据)//虚拟串口配置函数(供 USB 内核调用)CDC_IF_Prop_TypeDef VCP_fops = {VCP_Init,VCP_DeInit,VCP_Ctrl,VCP_DataTx,VCP_DataRx}; //初始化 VCP//返回值:USBD_OKuint16_t VCP_Init(void){ return USBD_OK;} //复位 VCP//返回值:USBD_OKuint16_t VCP_DeInit(void){ return USBD_OK;}//控制 VCP 的设置//buf:命令数据缓冲区/参数保存缓冲区//len:数据长度//返回值:USBD_OKuint16_t VCP_Ctrl (uint32_t Cmd, uint8_t* Buf, uint32_t Len){ switch (Cmd){case SEND_ENCAPSULATED_COMMAND:break; case GET_ENCAPSULATED_RESPONSE:break; case SET_COMM_FEATURE:break; case GET_COMM_FEATURE:break; case CLEAR_COMM_FEATURE:break; case SET_LINE_CODING:linecoding.bitrate = (uint32_t)(Buf[0] | (Buf[1] << 8) | (Buf[2] << 16) | (Buf[3] << 24));linecoding.format = Buf[4];linecoding.paritytype = Buf[5];linecoding.datatype = Buf[6]; //打印配置参数printf("linecoding.format:%drn",linecoding.format);printf("linecoding.paritytype:%drn",linecoding.paritytype);printf("linecoding.datatype:%drn",linecoding.datatype);printf("linecoding.bitrate:%drn",linecoding.bitrate);break; case GET_LINE_CODING:Buf[0] = (uint8_t)(linecoding.bitrate);Buf[1] = (uint8_t)(linecoding.bitrate >> 8);Buf[2] = (uint8_t)(linecoding.bitrate >> 16);Buf[3] = (uint8_t)(linecoding.bitrate >> 24);Buf[4] = linecoding.format;Buf[5] = linecoding.paritytype;Buf[6] = linecoding.datatype; break; case SET_CONTROL_LINE_STATE:break; case SEND_BREAK:break; default:break; } return USBD_OK;}//发送一个字节给虚拟串口(发给电脑)//data:要发送的数据//返回值:USBD_OKuint16_t VCP_DataTx (uint8_t data){ APP_Rx_Buffer[APP_Rx_ptr_in]=data; //写入发送 bufAPP_Rx_ptr_in++; //写位置加 1if(APP_Rx_ptr_in==APP_RX_DATA_SIZE) //超过 buf 大小了,归零. {APP_Rx_ptr_in = 0;} return USBD_OK;} //处理从 USB 虚拟串口接收到的数据//databuffer:数据缓存区//Nb_bytes:接收到的字节数.//返回值:USBD_OKuint16_t VCP_DataRx (uint8_t* Buf, uint32_t Len){u8 i;u8 res;for(i=0;i; if((USB_USART_RX_STA&0x8000)==0) //接收未完成{if(USB_USART_RX_STA&0x4000) //接收到了 0x0d{if(res!=0x0a)USB_USART_RX_STA=0;//接收错误,重新开始else USB_USART_RX_STA|=0x8000; //接收完成了}else //还没收到 0X0D{if(res==0x0d)USB_USART_RX_STA|=0x4000;else{USB_USART_RX_BUF[USB_USART_RX_STA&0X3FFF]=res;USB_USART_RX_STA++;if(USB_USART_RX_STA>(USB_USART_REC_LEN-1))USB_USART_RX_STA=0;//接收数据错误,重新开始接收} }} } return USBD_OK;}//u*** 虚拟串口,printf 函数//确保一次发送数据不超 USB_USART_REC_LEN 字节void u***_printf(char* fmt,...) { u16 i,j;va_list ap;va_start(ap,fmt);vsprintf((char*)USART_PRINTF_Buffer,fmt,ap);va_end(ap);i=strlen((const char*)USART_PRINTF_Buffer);//此次发送数据的长度for(j=0;j 调用，以实现相关功能。接下来我们分别介绍这几个函数。
VCP_Init 用于初始化 VCP，在初始化的时候由 USB 内核调用，这里我们无需任何操作，
所以直接范围 USBD_OK 即可。
VCP_DeInit 用于复位 VCP，我们用不到，所以直接返回 USBD_OK 即可。
VCP_Ctrl 用于控制 VCP 的相关参数，根据 cmd 的不同，执行不同的操作，这里主要用到
SET_LINE_CODING 命令，该命令用于设置 VCP 的相关参数，比如波特率、数据类型（位数）、
校验类型（奇偶校验）等，保存在 linecoding 结构体里面，在需要的时候，应用程序可以读取
linecoding 结构体里面的参数，以获得当前 VCP 的相关信息。
VCP_DataTx 用于发送一个字节的数据给 VCP，应用程序每调用一次该函数，就可以发送
一个字节给 VCP，由 VCP 通过 USB 传输给电脑，实现 VCP 的数据发送。
VCP_DataRx 用于 VCP 的数据接收，当 STM32 的 USB 接收到电脑端串口发送过来的数据
时，由 USB 内核程序调用该函数，实现 VCP 的数据接收。我们只需要在该函数里面，将接收
到的数据，保存起来即可，接收的原理同第八章（实验 3 串口通信实验）完全一样。
u***_printf 用于实现和普通串口一样的 printf 操作，该函数将数据格式化输出到 USB VCP，
功能完全同 printf，方便大家使用。
USB VCP 相关代码，就给大家介绍到这里，详细的介绍，请大家参考：CD00289278.pdf
这个文档。
最后在 main.c 里面，我们修改 main 函数如下：
USB_OTG_CORE_HANDLE USB_OTG_dev;extern vu8 bDeviceState; //USB 连接 情况int main(void){u16 t;u16 len;u16 times=0; u8 u***status=0;         Cache_Enable(); //打开 L1-Cache HAL_Init(); //初始化 HAL 库 Stm32_Clock_Init(432,25,2,9); //设置时钟,216Mhz  delay_init(216); //延时初始化uart_init(115200); //串口初始化 LED_Init(); //初始化 LED KEY_Init(); //初始化按键 SDRAM_Init(); //初始化 SDRAM LCD_Init(); //初始化 LCD W25QXX_Init(); //初始化 W25Q256 PCF8574_Init(); //初始化 PCF8574  POINT_COLOR=RED;LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Apollo STM32F4/F7"); LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"USB Virtual USART TEST");LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2016/8/10");LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"USB Connecting...");//提示 USB 开始连接USBD_Init(&USB_OTG_dev,USB_OTG_FS_CORE_ID,&USR_desc,&USBD_CDC_cb,&USR_cb);while(1){if(u***status!=bDeviceState)//USB 连接状态发生了改变. {u***status=bDeviceState;//记录新的状态if(u***status==1){POINT_COLOR=BLUE;LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"USB Connected ");//提示连接成功LED1(0);//DS1 亮}else{POINT_COLOR=RED;LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"USB disConnected ");//提示 USB 断开LED1(1);//DS1 灭 } }if(USB_USART_RX_STA&0x8000){ len=USB_USART_RX_STA&0x3FFF;//得到此次接收到的数据长度u***_printf("rn 您发送的消息为:%drnrn",len);for(t=0;t 初始化 USB，不过本章实现的是 USB 虚拟串口的功能。然后在死循环里面轮询 USB 状态并检
查是否接收到数据，如果接收到了数据，则通过 VCP_DataTx 将数据通过 VCP 原原本本的返回
给电脑端串口调试助手。
其他部分我们就不详细介绍了，软件设计部分就为大家介绍到这里。
63.4 下载验证
本例程的测试，需要在电脑上先安装 ST 提供的 USB 虚拟串口驱动软件，该软件路径：光
盘6，软件资料1，软件STM32 USB 虚拟串口驱动VCP_V1.4.0_Setup.exe，双击安装即
可。
然后，在代码编译成功之后，我们下载代码到阿波罗 STM32 开发板上，然后将 USB 数据
线，插入 USB_SLAVE 口，连接电脑和开发板（注意：不是插 USB_232 端口！），此时电脑会
提示找到新硬件，并自动安装驱动。不过，如果自动安装不成功（有惊叹号），如图 63.4.1 所示：



图 63.4.1 自动安装失败
此时，我们可手动选择驱动（以 WIN7 为例），进行安装，在如图 63.4.1 所示的条目上面，
右键更新驱动程序软件浏览计算机以查找驱动程序软件浏览，选择 STM32 虚拟串口的驱
动的路径为：C:Program Files (x86)STMicroelectronicsSoftwareVirtual comport driverWIN7，然后点击下一步，即可完成安装。安装完成后，可以看到设备管理器里面多出了一个 STM32 的
虚拟串口，如图 63.4.2 所示：



图 63.4.2 发现 STM32 USB 虚拟串口
如图 63.4.2，STM32 通过 USB 虚拟的串口，被电脑识别了，端口号为：COM15（可变），
字符串名字为：STMicroelectronics Virtual COM Port（固定）。此时，开发板的 DS1 常亮，同时，
开发板的 LCD 显示 USB Connected，如图 63.4.3 所示：



图 63.4.3 USB 虚拟串口连接成功
然后我们打开 XCOM，选择 COM15（需根据自己的电脑识别到的串口号选择），并打开串
口（注意：波特率可以随意设置），就可以进行测试了，如图 63.4.4 所示：


图 63.4.4 STM32 虚拟串口通信测试
可以看到，我们的串口调试助手，收到了来自 STM32 开发板的数据，同时，按发送按钮
（串口助手必须勾选：发送新行），也可以收到电脑发送给 STM32 的数据（原样返回），说明
我们的实验是成功的。实验现象同第八章完全一样。
至此，USB 虚拟串口实验就完成了，通过本实验，我们就可以利用 STM32 的 USB，直接
和电脑进行数据互传了，具有广泛的应用前景。