Открыть список
Как стать автором
Обновить

Составное устройство USB на STM32. Часть 3: Звуковое устройство отдельно, виртуальный СОМ-порт отдельно

Разработка систем связиПрограммирование микроконтроллеров

В третьей части публикации о составном устройстве USB я расскажу о том, как переделать сгенерированный в STM32CubeMX USB Audio Speaker, описанный во второй части публикации, в дуплексное звуковое устройство.

Затем мы создадим в STM32CubeMX драйвер виртуального COM-порта.

Зачем мы всё это делаем, подробно описано в первой части публикации.

Ссылки на первую и вторую части публикации:


Исходные коды публикуемой реализации составного устройства USB, состоящего из виртуального COM-порта и дуплексной звуковой карты находятся здесь.

Доработка дескриптора


Дорабатываемый дескриптор размещается STM32CubeMX в файле usbd_audio.c. В работе использовались документы [2] и [3].

Обилие в сгенерированном дескрипторе макросов, заданных в файле usbd_audio.h, на мой взгляд, затрудняет работу с ним. Поэтому я заменил большую часть макросов на шестнадцатеричные значения, чтобы части дескриптора выглядели подобно их описанию в таблицах из [2] и [3], а также как в листинге, сгенерированном утилитой Thesycon USB Descriptor Dumper.

Однако, для удобства конфигурирования отдельные макросы пришлось оставить, а также добавить несколько новых:

// Размер дескриптора конфигурации
#define USB_AUDIO_CONFIG_DESC_SIZ  192U

// Номера интерфейсов
#define AUDIO_CTRL_IF              0x00U
#define AUDIO_OUT_IF               0x01U
#define AUDIO_IN_IF                0x02U

// Номера конечных точек (EP)
#define AUDIO_OUT_EP               0x01U
#define AUDIO_IN_EP                0x81U

// Размер пакета и размер циклического буфера
#define AUDIO_OUT_PACKET_NUM       4U // 80U
#define USBD_AUDIO_FREQ            48000U
#define AUDIO_OUT_PACKET           (uint16_t)(((USBD_AUDIO_FREQ * 2U * 2U) / 1000U))
#define AUDIO_TOTAL_BUF_SIZE       (uint16_t)(AUDIO_OUT_PACKET * AUDIO_OUT_PACKET_NUM))

Хотел бы заострить внимание на том, что размеры циклических буферов трактов записи и воспроизведения определяются значением AUDIO_OUT_PACKET_NUM. Для стабильной работы драйвера достаточно использовать буферы размером 4 пакета, в то время как размер по умолчанию равен 80 пакетам.

Доработанный дескриптор описывает дуплексное звуковое устройство USB со структурой, приведённой на рисунке ниже:


Устройства ID2 и ID5 (Feature Unit) оставлены в структуре звукового устройства «на вырост». Управление ими осуществляется через Class-Specific Requests. При обработке этих запросов драйвер звукового устройства должен передавать оконечному устройству набор команд для управления уровнями громкости, настройками эквалайзера, звукового процессора и т.п. В доработанном дескрипторе набор этот состоит пока из одной только команды – MUTE.

Посмотреть листинг доработанного дескриптора
Information for device STM32 Audio Class (VID=0x0483 PID=0x5740):

Connection Information:
------------------------------
Device current bus speed: FullSpeed
Device supports USB 1.1 specification
Device supports USB 2.0 specification
Device address: 0x0008
Current configuration value: 0x01
Number of open pipes: 0

Device Descriptor:
------------------------------
0x12	bLength
0x01	bDescriptorType
0x0201	bcdUSB
0x00	bDeviceClass      
0x00	bDeviceSubClass   
0x00	bDeviceProtocol   
0x40	bMaxPacketSize0   (64 bytes)
0x0483	idVendor
0x5740	idProduct
0x0200	bcdDevice
0x01	iManufacturer   "STMicroelectronics"
0x02	iProduct   "STM32 Audio Class"
0x03	iSerialNumber   "317C33753434"
0x01	bNumConfigurations

Configuration Descriptor:
------------------------------
0x09	bLength
0x02	bDescriptorType
0x00C0	wTotalLength   (192 bytes)
0x03	bNumInterfaces
0x01	bConfigurationValue
0x00	iConfiguration
0xC0	bmAttributes   (Self-powered Device)
0xFA	bMaxPower      (500 mA)

Interface Descriptor:
------------------------------
0x09	bLength
0x04	bDescriptorType
0x00	bInterfaceNumber
0x00	bAlternateSetting
0x00	bNumEndPoints
0x01	bInterfaceClass      (Audio Device Class)
0x01	bInterfaceSubClass   (Audio Control Interface)
0x00	bInterfaceProtocol   
0x00	iInterface

AC Interface Header Descriptor:
------------------------------
0x0A	bLength
0x24	bDescriptorType
0x01	bDescriptorSubtype
0x0100	bcdADC
0x0046	wTotalLength   (70 bytes)
0x02	bInCollection
0x01	baInterfaceNr(1)
0x02	baInterfaceNr(2)

AC Input Terminal Descriptor:
------------------------------
0x0C	bLength
0x24	bDescriptorType
0x02	bDescriptorSubtype
0x01	bTerminalID
0x0101	wTerminalType   (USB Streaming)
0x00	bAssocTerminal
0x02	bNrChannels   (2 channels)
0x0003	wChannelConfig
0x00	iChannelNames
0x00	iTerminal

AC Feature Unit Descriptor:
------------------------------
0x09	bLength
0x24	bDescriptorType
0x06	bDescriptorSubtype
0x02	bUnitID
0x01	bSourceID
0x01	bControlSize
bmaControls: 
 0x01	Channel(0)
 0x00	Channel(1)
0x00	iFeature


AC Output Terminal Descriptor:
------------------------------
0x09	bLength
0x24	bDescriptorType
0x03	bDescriptorSubtype
0x03	bTerminalID
0x0301	wTerminalType   (Speaker)
0x00	bAssocTerminal
0x02	bSourceID
0x00	iTerminal

AC Input Terminal Descriptor:
------------------------------
0x0C	bLength
0x24	bDescriptorType
0x02	bDescriptorSubtype
0x04	bTerminalID
0x0200	wTerminalType   (Input Undefined)
0x00	bAssocTerminal
0x02	bNrChannels   (2 channels)
0x0003	wChannelConfig
0x00	iChannelNames
0x00	iTerminal

AC Feature Unit Descriptor:
------------------------------
0x09	bLength
0x24	bDescriptorType
0x06	bDescriptorSubtype
0x05	bUnitID
0x04	bSourceID
0x01	bControlSize
bmaControls: 
 0x01	Channel(0)
 0x00	Channel(1)
0x00	iFeature


AC Output Terminal Descriptor:
------------------------------
0x09	bLength
0x24	bDescriptorType
0x03	bDescriptorSubtype
0x06	bTerminalID
0x0101	wTerminalType   (USB Streaming)
0x00	bAssocTerminal
0x05	bSourceID
0x00	iTerminal

Interface Descriptor:
------------------------------
0x09	bLength
0x04	bDescriptorType
0x01	bInterfaceNumber
0x00	bAlternateSetting
0x00	bNumEndPoints
0x01	bInterfaceClass      (Audio Device Class)
0x02	bInterfaceSubClass   (Audio Streaming Interface)
0x00	bInterfaceProtocol   
0x00	iInterface

Interface Descriptor:
------------------------------
0x09	bLength
0x04	bDescriptorType
0x01	bInterfaceNumber
0x01	bAlternateSetting
0x01	bNumEndPoints
0x01	bInterfaceClass      (Audio Device Class)
0x02	bInterfaceSubClass   (Audio Streaming Interface)
0x00	bInterfaceProtocol   
0x00	iInterface

AS Interface Descriptor:
------------------------------
0x07	bLength
0x24	bDescriptorType
0x01	bDescriptorSubtype
0x01	bTerminalLink
0x01	bDelay
0x0001	wFormatTag   (PCM)

AS Format Type 1 Descriptor:
------------------------------
0x0B	bLength
0x24	bDescriptorType
0x02	bDescriptorSubtype
0x01	bFormatType   (FORMAT_TYPE_1)
0x02	bNrChannels   (2 channels)
0x02	bSubframeSize
0x10	bBitResolution   (16 bits per sample)
0x01	bSamFreqType   (Discrete sampling frequencies)
0x00BB80 	tSamFreq(1)   (48000 Hz)

Endpoint Descriptor (Audio/MIDI 1.0):
------------------------------
0x09	bLength
0x05	bDescriptorType
0x01	bEndpointAddress  (OUT endpoint 1)
0x01	bmAttributes      (Transfer: Isochronous / Synch: None / Usage: Data)
0x00C0	wMaxPacketSize    (1 x 192 bytes)
0x01	bInterval         (1 frames)
0x00	bRefresh
0x00	bSynchAddress

AS Isochronous Data Endpoint Descriptor:
------------------------------
0x07	bLength
0x25	bDescriptorType
0x01	bDescriptorSubtype
0x00	bmAttributes
0x00	bLockDelayUnits   (undefined)
0x0000	wLockDelay

Interface Descriptor:
------------------------------
0x09	bLength
0x04	bDescriptorType
0x02	bInterfaceNumber
0x00	bAlternateSetting
0x00	bNumEndPoints
0x01	bInterfaceClass      (Audio Device Class)
0x02	bInterfaceSubClass   (Audio Streaming Interface)
0x00	bInterfaceProtocol   
0x00	iInterface

Interface Descriptor:
------------------------------
0x09	bLength
0x04	bDescriptorType
0x02	bInterfaceNumber
0x01	bAlternateSetting
0x01	bNumEndPoints
0x01	bInterfaceClass      (Audio Device Class)
0x02	bInterfaceSubClass   (Audio Streaming Interface)
0x00	bInterfaceProtocol   
0x00	iInterface

AS Interface Descriptor:
------------------------------
0x07	bLength
0x24	bDescriptorType
0x01	bDescriptorSubtype
0x06	bTerminalLink
0x01	bDelay
0x0001	wFormatTag   (PCM)

AS Format Type 1 Descriptor:
------------------------------
0x0B	bLength
0x24	bDescriptorType
0x02	bDescriptorSubtype
0x01	bFormatType   (FORMAT_TYPE_1)
0x02	bNrChannels   (2 channels)
0x02	bSubframeSize
0x10	bBitResolution   (16 bits per sample)
0x01	bSamFreqType   (Discrete sampling frequencies)
0x00BB80 	tSamFreq(1)   (48000 Hz)

Endpoint Descriptor (Audio/MIDI 1.0):
------------------------------
0x09	bLength
0x05	bDescriptorType
0x81	bEndpointAddress  (IN endpoint 1)
0x01	bmAttributes      (Transfer: Isochronous / Synch: None / Usage: Data)
0x00C0	wMaxPacketSize    (1 x 192 bytes)
0x01	bInterval         (1 frames)
0x00	bRefresh
0x00	bSynchAddress

AS Isochronous Data Endpoint Descriptor:
------------------------------
0x07	bLength
0x25	bDescriptorType
0x01	bDescriptorSubtype
0x00	bmAttributes
0x00	bLockDelayUnits   (undefined)
0x0000	wLockDelay

Microsoft OS Descriptor is not available. Error code: 0x0000001F

String Descriptor Table
--------------------------------
Index  LANGID  String
0x00   0x0000  0x0409 
0x01   0x0409  "STMicroelectronics"
0x02   0x0409  "STM32 Audio Class"
0x03   0x0409  "317C33753434"

------------------------------

Connection path for device: 
xHCI-??????????? ????-?????????? USB
Root Hub
STM32 Audio Class (VID=0x0483 PID=0x5740) Port: 2

Running on: Windows 10 or greater

Brought to you by TDD v2.11.0, Mar 26 2018, 09:54:50


Доработка драйвера звукового устройства USB


При доработке драйвера в структуру звукового устройства был добавлен циклический буфер тракта записи, а состав команд, передаваемых пользовательскому интерфейсу, расширен командами AUDIO_CMD_STOP и AUDIO_CMD_RECORD.

Тракт записи дуплексного звукового устройства USB начинает работу при установке интерфейса AUDIO_IN_IF в состояние Alternate Setting 1, после чего драйвер ожидает событие SOF, во время обработки которого формирует команду AUDIO_CMD_RECORD, по которой заполняет половину буфера тракта записи пакетами из буфера DSP. Далее эти пакеты передаются из циклического буфера тракта записи вовне через конечную точку AUDIO_IN_EP.

После того, как тракт записи был запущен, команда AUDIO_CMD_RECORD формируется драйвером после окончания передачи каждой половины циклического буфера тракта записи.

Особенностью использования конечной точки AUDIO_IN_EP драйвером звукового устройства является необходимость запуска USBD_LL_FlushEP(pdev, AUDIO_IN_EP) для очистки буфера конечной точки после окончания передачи каждого пакета.

Тракт воспроизведения дуплексного звукового устройства USB включается при установке интерфейса AUDIO_OUT_IF в состояние Alternate Setting 1. Команда AUDIO_CMD_PLAY формируется драйвером звукового устройства по событию заполнения каждой половины циклического буфера тракта воспроизведения, после чего эти пакеты передаются в буфер DSP.

Команда AUDIO_CMD_STOP формируется драйвером при установке интерфейса AUDIO_OUT_IF в состояние Alternate Setting 0, после чего DSP включает в тракте воспроизведения режим тишины.

Синхронизация потоков данных доработанным драйвером не производится, поэтому функция USBD_AUDIO_Sync не производит никаких действий и оставлена в составе драйвера только для совместимости.

Проверка работоспособности драйвера дуплексного звукового устройства USB


При генерации драйвера виртуального COM-порта STM32CubeMX удалит из проекта файлы драйвера звукового устройства. Поэтому переносим usbd_audio.c и usbd_audio_if.c в папку Core/Scr, а usbd_audio.h и usbd_audio_if.h – в Core/Inc.

Пересобираем проект, перепрошиваем устройство. Подключаем устройство к компьютеру, включаем тракт записи через панель управления звуком. Назначаем тракты воспроизведения и записи дуплексного звукового устройства USB устройствами по умолчанию.

Для демонстрации работоспособности драйвера звукового устройства USB данные с выхода тракта воспроизведения поступают на вход тракта записи через шлейф, организованный в буфере DSP (см. файл dsp_if.c). Программная реализация шлейфа выбрана, чтобы не подключать к отладочной плате никаких дополнительных устройств и не синхронизировать никакие потоки.

Включаем в панели управления звуком для тракта записи нашего устройства прослушивание через звуковую карту компьютера. Убеждаемся в работоспособности драйвера дуплексного звукового устройства USB.

Создаём Communication Device Class


Приступаем к созданию виртуального COM-порта, для чего переходим в раздел «Middleware» и выбираем IP «Commucation Device Class». Задаём максимальное количество интерфейсов равное пяти. Размер буферов задаём равным 64 Bytes.



Интерфейсов пять, т.к. в составе дуплексного звукового устройства их три, а в составе виртуального COM-порта – два.

Сохраняем проект. Генерируем код. Смотрим, что получилось в результате.

Разбираем работу устройства


Файлы сгенерированного в STM32CubeMX драйвера виртуального COM-порта расположены в папках Middlewares/ST/Class/CDC и USB_DEVICE.

Функции, с помощью которых драйвер виртуального COM-порта взаимодействует со своим оконечным оборудованием, содержатся в файле usbd_cdc_if.c.

Во время инициализации устройства функция CDC_Init_FS задаёт настройки буферов трактов приёма и передачи.

При получении команд управления драйвер виртуального COM-порта запускает функцию CDC_Control_FS. Список команд управления приводится на стр.19 документа:

[4] Universal Serial Bus Communications Class Subclass Specification for PSTN Devices, Revision 1.2, February 9, 2007

В описании функции следует обратить внимание на структуру переменных типа USBD_CDC_LineCodingTypeDef, объявленного в usbd_cdc.h. При дальнейшем использовании драйвера мы можем с помощью переменной такого типа жёстко задать параметры COM-порта, которые он передаёт вовне по запросу.

Функция CDC_Receive_FS запускается по событию получения данных по виртуальному COM-порту.

Для передачи данных по виртуальному COM-порту используется функция CDC_Transmit_FS.

Проверка работоспособности драйвера виртуального COM-порта


Виртуальный COM-порт начинает работать прямо «из коробки». Для контроля работоспособности организуем функцию «эха».

Открываем в папке USB_DEVICE\App файл usbd_cdc_if.c и добавляем в функцию CDC_Receive_FS шлейф, как показано ниже:

static int8_t CDC_Receive_FS(uint8_t* Buf, uint32_t *Len)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  CDC_Transmit_FS (Buf, *Len); //++++++

  USBD_CDC_SetRxBuffer(&hUsbDeviceFS, &Buf[0]);
  USBD_CDC_ReceivePacket(&hUsbDeviceFS);
  return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 6 */
}

Собираем проект, прошиваем устройство. Подключаем устройство к компьютеру, обнаруживаем новый COM-порт, при необходимости устанавливаем на компьютер драйверы.

Подключаемся к новому COM-порту любой терминальной программой. Передаём данные, принимаем «эхо». Убеждаемся в работоспособности драйвера виртуального COM-порта.

От автора


В следующей части публикации мы объединим виртуальный COM-порт и дуплексное звуковое устройство в составное устройство USB и разберём несколько не совсем очевидных нюансов этого объединения.

Читайте продолжение:
Составное устройство USB на STM32. Часть 4: Два-в-одном
Теги:stm32stm32cubemxstm32cubeideham radio
Хабы: Разработка систем связи Программирование микроконтроллеров
Всего голосов 29: ↑29 и ↓0 +29
Просмотры3.3K

Похожие публикации

Лучшие публикации за сутки