【每日一知识点】用ST的USB固件库中的VCP例程实现虚拟串口功能，数据传输丢失数据的处理

调研 ：
1. 打开“STM32F105/7, STM32F2 and STM32F4 USB on-the-go Host and device library (UM1021)”库里边的 VCP 例程，位于“...STM32_USB-Host-
Device_Lib_V2.1.0ProjectUSB_Device_ExamplesVCP”中。对其进行测试，并没有出现所说的问题，APP_RX_DATA_SIZE 的大小仍然为 2Kbytes，不管传输的数据是 2Kbytes 还是 5Kbytes 甚至是25Kbytes，完全没有问题。
2. 了解客户程序 UART 所设置的波特率，为 115200，与原 VCP 例程一致。USB 采用的是 Full Speed，全速 USB 总线的帧周期为 1ms。
3. 在 u***d_conf.h 中可以看到 APP_RX_DATA_SIZE 的定义在这里，为 2048，它定义了 APP_Rx_Buffer的大小。APP_Rx_Buffer 其实是一个循环缓冲区APP_Rx_ptr_in 指明了其数据进来的位置，当USART 接收到数据时，将数据存储于 APP_Rx_ptr_in 指定的位置；APP_Rx_ptr_out 指明其数据取出的位置，当 USB 到 FIFO 中取出数据时，起始地址由 APP_Rx_ptr_out 决定。

4. 打开 VCP 项目，观察其程序通信部分。当 USART 每接收到字节时，进入 EVAL_COM_IRQHandler 函数，调用 VCP_Tx(0,0)函数，将收到的字节存储于 APP_Rx_Buffer[APP_Rx_ptr_in]中，在APP_Rx_Buffer 中的位置由 APP_Rx_ptr_in 指定。在 VCP_Tx 函数中，
if(APP_Rx_ptr_in == APP_RX_DATA_SIZE)
{
APP_Rx_ptr_in = 0;
}
可以看到当 APP_Rx_ptr_in 达到 APP_RX_DATA_SIZE 时，将其置 0，也就是在循环缓冲区中绕了一圈回到缓冲区起始地址。
5. 再来看 APP_Rx_Buffer 是如何被 USB 取走，并送到上位机的。在 u***d_cdc_core.c 中，我们在u***d_cdc_SOF 函数中看到：
if (FrameCount++ == CDC_IN_FRAME_INTERVAL)
{
FrameCount = 0;
Handle_USBAsynchXfer(pdev);
}
可以看到，USB 每 CDC_IN_FRAME_INTERVAL 个帧调用一次 Handle_USBAsynchXfer 到 APP_Rx_Buffer中去取数据。CDC_IN_FRAME_INTERVAL 同样定义在 u***d_conf.h 中，全速的时候，其值为 5。在定义的这边，我们可以看到：
APP_RX_DATA_SIZE*8/MAX_BAUDARATE*1000 should be > CDC_IN_FRAME_INTERVAL
其目的是在于告诉我们 APP_RX_DATA_SIZE、MAX_BAUDARATE 和 CDC_IN_FRAME_INTERVAL 的关系，以保证 APP_Rx_Buffer 是够用的。
6. 接着看 Handle_USBAsynchXfer 函数，同样，我们可以看到：
if (APP_Rx_ptr_out == APP_RX_DATA_SIZE)
{
APP_Rx_ptr_out = 0;
}
也就是当 APP_Rx_ptr_out 达到 APP_RX_DATA_SIZE 时，将其置 0，也就是在循环缓冲区中绕了一圈回到缓冲区起始地址。
if (APP_Rx_prt_out == APP_Rx_ptr_in)
{
USB_Tx_State = 0;
return;
}
当 APP_Rx_prt_out 赶上 APP_Rx_ptr_in 时，证明 Buffer 里边的数据已经发送完毕，返回。再往下看：
if (APP_Rx_ptr_out > APP_Rx_ptr_in) /* rollback */
{
APP_Rx_length = APP_RX_DATA_SIZE - APP_Rx_ptr_out; //①
}
else
{
APP_Rx_length = APP_Rx_ptr_in - APP_Rx_ptr_out; //②
}
第① 种情况为 APP_Rx_ptr_out 比 APP_Rx_ptr_in 大，也就是说 APP_Rx_ptr_in 已经绕了一圈，而APP_Rx_ptr_out 还没有绕一圈，比如下面情况：

这种情况下：APP_Rx_length 设置为 APP_Rx_ptr_out 当前圈里还剩下数据长度；
第② 种情况为 APP_Rx_ptr_in 比 APP_Rx_ptr_out 大，也就是 APP_Rx_ptr_in 和 APP_Rx_ptr_out 处于同一圈，于是数据情况比如下面情况：

这种情况下：APP_Rx_length 设置为 APP_Rx_ptr_in 减去 APP_Rx_ptr_out，也就是当前所有数据长度。
程序的后面就是对 USB 包的设置，然后发送数据。
7. 结合 EVAL_COM_IRQHandler 和 Handle_USBAsynchXfer 函数对 APP_Rx_Buffer 的处理，我们可以发现，有一种情况在程序中是没有做处理的：当 APP_Rx_ptr_in 绕了一圈回来，并追上 APP_Rx_ptr_out 时，APP_Rx_Buffer 的数据已满，这个时候，若 USART 继续接收到数据，APP_Rx_ptr_in 指针继续增长，就会造成数据溢出，新来的数据冲掉还没被 USB 取走的旧数据。但是，需要注意的一点是，此 USB库的 VCP 例程是实时的，也就是 USART 收进来，USB 会取走送到上位机。而 USB 将数据送往上位机的速率是肯定大于 USART 接收数据的速率的。也就是说，这个例程可以保证“当 APP_Rx_ptr_in 绕了一圈回来，并追上 APP_Rx_ptr_out 时，APP_Rx_Buffer 的数据已满，这个时候，若 USART 继续接收到数据，APP_Rx_ptr_in 指针继续增长，就会造成数据溢出，新来的数据冲掉还没被 USB 取走的旧数据。”这种情况不会发生！
之前所分析的：
APP_RX_DATA_SIZE*8/MAX_BAUDARATE*1000 should be > CDC_IN_FRAME_INTERVAL
这个要求，正是保证 APP_Rx_Buffer 安全的重要条件。
8. 至此，我们怀疑客户并不是照搬 VCP 例程，而是对其做了修改。拜访客户，了解到确实如此。客户由于其应用需要，将 VCP 程序拆成两部分，先是用 USART 把所有的数据接收进来，放到 RAM 中，然后再将数据送到 APP_Rx_Buffer，由 USB 将数据送往上位机。这样，问题就来了，由于客户 USART先从外部接收到并保存于 RAM 的数据大于 5Kbytes，而 CPU 将 RAM 中的数据搬往 APP_Rx_Buffer 的速率远大于 USB 将 APP_Rx_Buffer 送往上位机的速率。这样就造成了 APP_Rx_ptr_in 绕了一圈回来追上 APP_Rx_ptr_out 并造成溢出的情况，甚至可能是 APP_Rx_ptr_in 绕了几圈，而APP_Rx_ptr_out 却还未开始动，因为 USB 每 CDC_IN_FRAME_INTERVAL*1ms 才送一次数据。
9. 建议客户修改其程序，在将数据从 RAM 中搬往 APP_Rx_Buffer 的时候，不能采用原 VCP 例程中USART 一样的操作方式，也就是存一个字节到 APP_Rx_Buffer，APP_Rx_ptr_in 指针加 1，并绕圈。
新的程序需要在此基础上判断，当 APP_Rx_ptr_in 指针加 1 后，若等于 APP_Rx_ptr_out，置
“APP_Rx_Buffer 满”标志位，并停止将 RAM 中的数据搬往 APP_Rx_Buffer。等 USB 从
APP_Rx_Buffer 中取走数据，再清“APP_Rx_Buffer 满”标志位，允许将 RAM 中的数据继续搬往APP_Rx_Buffer。
10.  客户修改程序，问题解决。
结论 ：
修改 VCP 例程时，没有对 APP_Rx_Buffer 的操作有足够的了解，造成在其特定应用中产生了数据溢出问题。
处理 ：
在将数据存入 APP_Rx_Buffer 时，对 APP_Rx_ptr_in 指针在循环缓冲区中绕一圈回来后，是否会追上APP_Rx_ptr_out 指针进行监控，以避免数据溢出。
建议 ：
在对例程进行修改程序以供自己的应用来使用的时候，我们不仅需要把接口看清楚，更需要把程序的流程看明白。