STM32F4自定义USB协议高速数据传输，支持Windows,Linux,Max,Android

综述：本文链接：http://www.embed-net.com/thread-565-1-1.html本方案测试板购买链接：https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c.w4004-15987418095.3.57dbe938EmY30m&id=545721383347基于USB数据传输有非常多的上层协议，每种协议各有优缺点，本文介

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manshq163com · 2018-10-19 15:39:55 发布

综述：
本文链接：http://www.embed-net.com/thread-565-1-1.html
本方案测试板购买链接：https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c.w4004-15987418095.3.57dbe938EmY30m&id=545721383347

基于USB数据传输有非常多的上层协议，每种协议各有优缺点，本文介绍一种自定义USB协议实现的方式。
何为自定义USB协议，简单的说，就是实现最基本的USB双向数据通信，USB通信都是基于端点的，本文除了使用到端点0进行枚举之外，我们使用了两个端点，一个用于将数据从PC传输到单片机，一个用于将数据从单片机传输到PC。
PC端程序主要使用libusb来实现，为了方便使用使用，降低USB程序开发难度，我将libusb进行了再次封装，封装的函数如下所示：

[C] 纯文本查看 复制代码

int USBScanDevice(int usb_pid,int usb_vid);

bool USBOpenDevice(int DevIndex);

bool USBCloseDevice(int DevIndex);

bool USBCheckDevice(int DevIndex);

bool USBBulkWriteData(int DevIndex,int pipenum,char *sendbuffer,int len,int waittime);

int USBBulkReadData(int DevIndex,int pipenum,char *readbuffer,int len,int waittime);

bool USBIntWriteData(int DevIndex,int pipenum,char *sendbuffer,int len,int waittime);

int USBIntReadData(int DevIndex,int pipenum,char *readbuffer,int len,int waittime);

bool USBCtrlData(int DevIndex,int requesttype,int request,int value, int index, char *bytes, int size,int waittime);

在开始传输数据之前，一般需要先调用扫描设备函数，确定设备已经连接，然后调用打开设备函数，激活设备数据传输通道，然后就可以调用USBBulkWriteData，USBBulkReadData，USBIntWriteData，USBIntReadData，USBCtrlData进行数据传输了。

本文提供的固件只需要使用USBBulkWriteData，USBBulkReadData这两个函数即可，USBBulkWriteData函数实现PC向单片机发送数据，USBBulkReadData实现从单片机读取数据。

数据传输：
调用USBBulkWriteData函数后，数据将从OUT端点将数据发送到单片机，单片机接收到USB数据之后将会调用usbd_cdc_DataOut回调函数，然后在该函数里面将USB_ReceivedCount变量设置为接收到的数据字节数，如此，主函数就可以通过判断USB_ReceivedCount的值是否大于0来判断是否接收到了USB数据，接收到的USB数据会自动存放到USB数据接收缓冲区中。

调用USBBulkReadData函数后，主机将发起读数据操作，此时单片机端只需要调用DCD_EP_Tx函数即可将数据返回PC，当单片机将数据成功返回PC之后，usbd_cdc_DataIn函数会被自动调用，然后我们在里面将USB_StatusDataSended变量置1，如此，主函数就可以通过判断该变量是否为1来确定数据是否成功发送到PC端。

示例程序功能：
1，程序首先扫描设备，若设备已经连接，则打开设备；
2，程序发送两个信息给单片机，准备读取的数据包数，每包数据的大小；
3，单片机接收到第2步的两个信息之后，就开始循环发送数据，当然PC端也同步的循环读取数据；
4，数据传输完毕之后，统计数据传输的时间，然后打印输出传输数据的速度。

C/C++版本示例代码：

[C++] 纯文本查看 复制代码

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// USBTransmitTest.cpp : Defines the entry point for the console application.

//

#ifdef OS_UNIX

#include <time.h>

#include <sys/time.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#else

#include <Windows.h>

#endif

#include <stdio.h>

#include <memory.h>

#include "USBTransmit.h"

#define USB_VID 0x0483

#define USB_PID 0x5710

int main(int argc, char* argv[])

{

int DevNum;

int DataNum = 5000;//单位为包

int PacketSize = 61*1024;//每次传输的数据字节数，该参数必须和单片机中的参数完全匹配，该参数不能大于或等于64K

int DataNumIndex = DataNum;

int ret;

char *pReadDataBuffer = (char *)malloc(PacketSize);

char WriteDataBuffer[8];

//扫描设备连接数，需要初始化

DevNum = USBScanDevice(USB_PID,USB_VID);

printf("设备连接数为：%d\n",DevNum);

//打开设备0

if(USBOpenDevice(0)){

printf("打开设备成功！\n");

}else{

printf("打开设备失败！\n");

getchar();

return 0;

}

DataNumIndex = DataNum;

//告诉设备即将要读取的数据包数

WriteDataBuffer[0] = DataNum>>24;

WriteDataBuffer[1] = DataNum>>16;

WriteDataBuffer[2] = DataNum>>8;

WriteDataBuffer[3] = DataNum>>0;

//高速设备每包数据的长度

WriteDataBuffer[4] = PacketSize>>24;

WriteDataBuffer[5] = PacketSize>>16;

WriteDataBuffer[6] = PacketSize>>8;

WriteDataBuffer[7] = PacketSize>>0;

ret = USBBulkWriteData(0,EP1_OUT,WriteDataBuffer,8,100);

if(ret){

printf("写数据成功！\n");

}else{

printf("写数据失败！\n");

getchar();

}

printf("正在测试读数据速度，请稍候...\n");

//获取起始时间

#ifdef OS_UNIX

struct timeval StartTime_t,EndTime_t;

long long StartTime,EndTime;

double dfFreq = CLOCKS_PER_SEC;

gettimeofday(&StartTime_t,NULL);//开始计时

#else

LARGE_INTEGER litmp;

LONGLONG StartTime,EndTime;

double dfFreq;

QueryPerformanceFrequency(&litmp);//取得高精度运行计数器的频率f,单位是每秒多少次（n/s），

dfFreq = (double)litmp.QuadPart;

QueryPerformanceCounter(&litmp);//取得高精度运行计数器的数值

StartTime = litmp.QuadPart; //开始计时

#endif

//循环读取数据

do{

ret = USBBulkReadData(0,EP1_IN,pReadDataBuffer,PacketSize,100);

if(ret != PacketSize){

break;

}else{

DataNumIndex--;

}

}while(DataNumIndex > 0);

if(DataNumIndex > 0){

printf("读数据失败！\n");

getchar();

}else{

printf("读数据成功！\n");

}

//获取结束时间并打印输出耗时和速度

#ifdef OS_UNIX

gettimeofday(&EndTime_t,NULL); //终止计时

StartTime = StartTime_t.tv_sec*1000000+StartTime_t.tv_usec;

EndTime = EndTime_t.tv_sec*1000000+EndTime_t.tv_usec;

#else

QueryPerformanceCounter(&litmp);//取得高精度运行计数器的数值

EndTime = litmp.QuadPart; //终止计时

#endif

// Print the write data speed information

printf("-----------------------[url=http://www.embed-net.com]www.embed-net.com[/url]-----------------------\n");

printf("读数据字节数: %d MBytes\n",(DataNum-DataNumIndex)*PacketSize/(1024*1024));

printf("读数据消耗时间: %f s\n",(EndTime-StartTime)/dfFreq);

printf("读数据速度: %.3f MByte/s\n",(DataNum-DataNumIndex)*PacketSize/((EndTime-StartTime)/dfFreq)/(1024*1024));

printf("-----------------------[url=http://www.embed-net.com]www.embed-net.com[/url]-----------------------\n");

//释放动态分配的内存空间

free(pReadDataBuffer);

//关闭设备0

ret = USBCloseDevice(0);

if(ret){

printf("关闭设备成功！\n");

}else{

printf("关闭设备失败！\n");

}

getchar();

return 0;

}

C#版本的示例代码：

[C#] 纯文本查看 复制代码

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using System;

using System.Collections.Generic;

using System.Linq;

using System.Text;

using System.Diagnostics;

namespace USBTransmitTest

{

class Program

{

static void Main(string[] args)

{

Int32 DevNum, ret;

int USB_VID = 0x0483;

int USB_PID = 0x5710;

int DataNum = 5000;//单位为包

int PacketSize = 61 * 1024;//每次传输的数据字节数，该参数必须和单片机中的参数完全匹配，该参数不能大于或等于64K

int DataNumIndex = DataNum;

bool State;

byte[] WriteDataBuffer = new byte[8];

byte[] ReadDataBuffer = new byte[PacketSize];

//扫描查找设备

DevNum = USBTransmit.USBScanDevice(USB_PID, USB_VID);

Console.WriteLine("设备连接数为：{0}", DevNum);

if (DevNum <= 0)

{

Console.ReadLine();

return;

}

//打开设备

State = USBTransmit.USBOpenDevice(0);

if (State)

{

Console.WriteLine("打开设备成功！");

}

else

{

Console.WriteLine("打开设备失败！");

Console.ReadLine();

return;

}

//准备发送数据

DataNumIndex = DataNum;

//告诉设备即将要读取的数据包数

WriteDataBuffer[0] = (byte)(DataNum >> 24);

WriteDataBuffer[1] = (byte)(DataNum >> 16);

WriteDataBuffer[2] = (byte)(DataNum >> 8);

WriteDataBuffer[3] = (byte)(DataNum >> 0);

//高速设备每包数据的长度

WriteDataBuffer[4] = (byte)(PacketSize >> 24);

WriteDataBuffer[5] = (byte)(PacketSize >> 16);

WriteDataBuffer[6] = (byte)(PacketSize >> 8);

WriteDataBuffer[7] = (byte)(PacketSize >> 0);

State = USBTransmit.USBBulkWriteData(0, USBTransmit.EP1_OUT, WriteDataBuffer, 8, 100);

if (State)

{

Console.WriteLine("写数据成功！");

}

else

{

Console.WriteLine("写数据失败！");

Console.ReadLine();

}

Console.WriteLine("正在测试读数据速度，请稍候...");

//开启读数据时间测试

Stopwatch sw = new Stopwatch();

sw.Start();

//循环读取数据

do

{

ret = USBTransmit.USBBulkReadData(0, USBTransmit.EP1_IN, ReadDataBuffer, PacketSize, 100);

if (ret != PacketSize)

{

break;

}

else

{

DataNumIndex--;

}

} while (DataNumIndex > 0);

//计时结束

sw.Stop();

//打印接收数据的时间和速度

Console.WriteLine("-----------------------[url=http://www.embed-net.com]www.embed-net.com[/url]-----------------------");

Console.WriteLine("读数据字节数: {0} MBytes", (DataNum - DataNumIndex) * PacketSize / (1024 * 1024));

Console.WriteLine("读数据消耗时间: {0:F3} s", sw.ElapsedMilliseconds / 1000.0);

Console.WriteLine("读数据速度: {0:F3} MByte/s", ((DataNum - DataNumIndex) * PacketSize/(1024 * 1024.0)) / (sw.ElapsedMilliseconds / 1000.0));

Console.WriteLine("-----------------------[url=http://www.embed-net.com]www.embed-net.com[/url]-----------------------");

if (DataNumIndex > 0)

{

Console.WriteLine("读数据失败！");

Console.ReadLine();

}

else

{

Console.WriteLine("读数据成功！");

}

//关闭设备

State = USBTransmit.USBCloseDevice(0);

if (State)

{

Console.WriteLine("关闭设备成功！");

}

else

{

Console.WriteLine("关闭设备失败！");

}

Console.ReadLine();

}

Android版本的示例代码：

[Java] 纯文本查看 复制代码

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package com.usbxyz.usbtransmittest;

import android.support.v7.app.AppCompatActivity;

import android.os.Bundle;

import android.view.View;

import android.widget.Button;

import android.widget.TextView;

import android.widget.Toast;

import com.usbxyz.usbtransmit.USBTransmit;

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

USBTransmit mUSBTransmit;

TextView textView;

public class ConnectStateChanged implements USBTransmit.DeviceConnectStateChanged{

@Override

public void stateChanged(boolean connected) {

if(connected){

Toast.makeText(MainActivity.this, "设备已连接", Toast.LENGTH_SHORT).show();

}else{

Toast.makeText(MainActivity.this, "设备断开连接", Toast.LENGTH_SHORT).show();

}

@Override

protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {

super.onCreate(savedInstanceState);

setContentView(R.layout.activity_main);

textView =(TextView) findViewById(R.id.textView);

Button startButton =(Button)findViewById(R.id.button);

//以下两种方式均可，第二种方式可以实时监测设备连接状态

//mUSBTransmit = new USBTransmit(this);//不监视设备插拔时间

mUSBTransmit = new USBTransmit(this,new ConnectStateChanged());//需要监视设备插拔事件

startButton.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {

@Override

public void onClick(View v) {

textView.setText(null);

int devIndex = 0;

int DataNum = 5000;//单位为包

int PacketSize = 16*1024;//每次传输的数据字节数，该参数必须和单片机中的参数完全匹配，该参数不能大于或等于64K

int DataNumIndex = DataNum;

int ret;

boolean State;

byte[] WriteDataBuffer = new byte[8];

//扫描设备连接数

int devNum = mUSBTransmit.usbDevice.USBScanDevice();

if(devNum <= 0){

textView.setText("无设备连接!\n");

return;

}else{

textView.append("设备连接数为："+String.format("%d",devNum)+"\n");

}

//打开设备

if(!mUSBTransmit.usbDevice.USBOpenDevice(devIndex)){

textView.append("打开设备失败!\n");

return;

}else{

textView.append("打开设备成功!\n");

}

//准备发送数据

DataNumIndex = DataNum;

//告诉设备即将要读取的数据包数

WriteDataBuffer[0] = (byte)(DataNum >> 24);

WriteDataBuffer[1] = (byte)(DataNum >> 16);

WriteDataBuffer[2] = (byte)(DataNum >> 8);

WriteDataBuffer[3] = (byte)(DataNum >> 0);

//高速设备每包数据的长度

WriteDataBuffer[4] = (byte)(PacketSize >> 24);

WriteDataBuffer[5] = (byte)(PacketSize >> 16);

WriteDataBuffer[6] = (byte)(PacketSize >> 8);

WriteDataBuffer[7] = (byte)(PacketSize >> 0);

State = mUSBTransmit.usbDevice.USBBulkWriteData(devIndex, mUSBTransmit.EP1_OUT, WriteDataBuffer,8,100);

if(State){

textView.append("写数据成功！\n");

}else{

textView.append("写数据失败！\n");

return;

}

textView.append("正在测试读数据速度，请稍候...\n");

textView.invalidate();

//循环读取数据

byte[] ReadDataBuffer = new byte[PacketSize];

long startTime = System.nanoTime(); //開始時間

do{

ret = mUSBTransmit.usbDevice.USBBulkReadData(devIndex, mUSBTransmit.EP1_IN, ReadDataBuffer, PacketSize,1000);

if(ret != PacketSize){

break;

}else{

DataNumIndex--;

}

}while(DataNumIndex > 0);

long consumingTime = (System.nanoTime() - startTime)/(1000*1000); //消耗時間

System.out.println("consumingTime = "+consumingTime+"ms");

// Print the write data speed information

textView.append("-----------------[url=http://www.embed-net.com]www.embed-net.com[/url]-----------------\n");

textView.append(String.format("读数据字节数: %d MBytes\n", (DataNum - DataNumIndex) * PacketSize / (1024 * 1024)));

textView.append(String.format("读数据消耗时间: %f s\n", consumingTime/1000.0));

textView.append(String.format("读数据速度: %.3f MByte/s\n", (DataNum - DataNumIndex) * PacketSize / (consumingTime/1000.0) / (1024 * 1024.0)));

textView.append("------------------[url=http://www.embed-net.com]www.embed-net.com[/url]-----------------\n");

if(DataNumIndex > 0){

textView.append("读数据失败！\n");

} else {

textView.append("读数据成功！\n");

}

});

}

测试效果如下所示：

Linux

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