用国产CH32替代STM32,要不要试试?

嵌入式ARM 2021-09-16 10:33

/* 作者: 罗冰  https://blog.csdn.net/luobing4365 */


随着芯片价格疯涨,项目的不可控性越来越大。特别是价格方面,达到了无法想象的地步了。


按我的记忆,之前项目中所用的STM32F103C8T6,价格在9元左右;而现在单片价格到了惊人的109元!十几倍的涨幅,哪个项目还敢用它?


因此,大部分公司,都在准备各种替代方案。


我们也一样,预备使用CH32F103C8T6替代STM32F103C8T6。这两种芯片引脚兼容,内部的资源差不多,理论上代码移植也比较方便。


我就是这么想的,然后就被打脸了。


最大的原因在于,厂家提供的资料太少了!编程相关的CH32F103应用手册,只有短短的31页。我想看的USB设备控制器的寄存器细节,甚至都没有。想想STM32丰富的应用资料、例程和各种视频,感觉从新手级难度到了骨灰级难度了。


不过,再想想CH32这友好的价格,也就释然了。


周末两天,把之前的USB HID通信,在CH32F103C8T6上实现了,估计不久能很快地应用到项目中去。


预计也有不少朋友有类似的需求,我把探索的过程记录下来。


1. 固件下载


CH32F103的芯片,支持WCH-Link或者其他SW仿真工具下载,也支持使用WCHISPTool通过USB和串口下载。考虑到后续开发的时候需要调试,我使用的是WCH-Link进行下载。


如图1所示,给出了WCH-Link的实物图(摘自《WCH-Link使用说明-V1.3》)。


图1 WCH-Link实物


由于我的目标是使用它下载程序到CH32F103C8T6中,只需要使用ARM模式就行了,不需要关注RISC-V模式。


拿到的WCH-Link,一般是RISC-V模式,需要将其切换到ARM模式。


模式切换的方法如下:


WCH-Link 断电, 将图一正面图 1 中排针, TX 接 GND;

WCH-Link 上电, 切换模式成功后, 断开 TX 和 GND;

后续使用时, WCH-Link 保持切换后的模式。



判断的方法如下:


WCH-Link空闲时蓝灯常灭,是为RISC-V模式;

WCH-Link空闲时蓝灯常亮,为ARM模式。

在ARM模式下,Windows 10下是不需要安装驱动的,而Win7有些情况下需要更换驱动,具体可以向厂家索取资料。


图2是WCH-Link在Win7下的设备显示。



图2 WCH-Link的ARM模式


实际使用中,直接使用SWD协议的两线以及GND就可以下载了。软件的使用方法,可以参考官方提供的《CH32F103评估板说明书》,其中介绍了详细的下载和仿真调试方法。


2. 码编写


使用CH32F103C8T6实现之前的USB HID双向通信。


在经历了若干款MCU编写USB代码后,对这块内容已经比较熟悉了。简单来说,只要在USB HID的示例上,修改各类描述符,添加需要的命令处理就可以了。


可惜的是,厂家提供的示例代码非常少。CH32F103C8T6支持两个USB端口,一个是可做全速主机或设备的USBHD,另一个是全速设备USBD。


提供的示例代码中,USBD给出了VirtualCom的工程;USBHD给出了DEVICE、HOSG、HOST_Udisk三个示例。


USBD的工程,类似于STM32的Legacy Library;而USBHD的工程,则使用了沁恒电子自己的库。


我的目标很明确,实在没太多时间去研究沁恒电子的USB库,因此采用了USBD的示例作为模板,进行开发。


由于USBD的工程与STM32的USB库类似,我选择深入研究下STM32的USB库(毕竟资料更多,而且之前学习过)。


2.1 STM32的USB-FS Device Library


UEFI开发探索85中,曾经介绍过如何使用STM32F103C8T6制作HID设备。不过,对于所使用的的USB Library,并没有讨论。


STMF103的USB库,可以在STSW-STM32121中找到,其应用文档为UM0424。文档中给出了非常详尽的库说明,如图3为USB库的代码结构。


图3 USB库代码结构


USB-FS-Device 库主要分为两层:


STM32_USB-FS_Device_Driver: 驱动层,访问USB全速设备外围和USB标准协议,兼容USB2.0标准,与STM32标准库分离;这层不能由用户修改;

Applicaton Interface:在库和最终用户层之间,提供完成的接口,可以由用户修改;

驱动层的代码,大部分情况下是不用修改的,它所包含的源文件说明如下:


USB-FS外围部件接口:

usb_reg (.h, .c):硬件抽象层usb_int.c:传输中断服务函数usb_mem(.h,.c):数据传输管理


USB-FS设备驱动中间层:


usb_init (.h,.c) :USB设备初始化全局变量usb_core (.h , .c) :USB协议管理(兼容USB2.0规范第9章) usb_sil (.h,.c) :读写端点的简化函数(USB-FS_Device外围的抽象层)usb_def.h / usb_type.h:用于库中的USB定义和类型platform_config.h:评估板上用到的硬件定义


应用层代码是提供给用户修改用的,所需要实现的功能都在此层实现。它所包含的源文件说明如下:

usb_conf.h:配置文件usb_desc (.h, .c):描述符usb_prop (.h, .c):应用规范属性usb_endp.c:非控制端口的传输中断处理函数usb_istr (.h,.c):中断处理函数usb_pwr (.h, .c) :电源和连接管理函数


对照CH32F103C8T6提供的USBD例程,可以发现其结构与STM32的是一样的。可以断定,它是模仿了STM32的USB Library编写了自己的库函数接口。


这种设计方法,对习惯了STM32编程的工程师是非常好的。大部分情况下,可以直接把STM32的示例工程,直接移植到WCH的芯片上来(毕竟STM32的例程还是比较丰富的)。


本篇所实现的USB HID双向通信,就是参考了STM32的CustomHID例程,在CH32F103的USBD例子上实现的。


2.2 代码移植和修改


如图4所示,给出了CH32F103的USBD工程的代码结构。


图4 CH32F103的USBD工程代码


驱动层的代码完全不用修改。为了确定此事,我对照着STM32的驱动层代码,一个个函数研究了下,除去与芯片相关的部分,其实现代码几乎一致。


所要修改的代码在应用层,也不是所有源文件需要修改,需要修改的文件包括三个:

usb_desc.c、usb_endp.c和usb_prop.c。


看过我UEFI开发探索和YIE002开发探索两个系列博客的网友,应该了解之前我使用STM32开发USB HID设备的过程。而且相关的工程代码,在博客中也提供了(UEFI开发探索85和YIE002开发探索09,前者使用Legacy Library,后者使用Cube Library开发。)。


实际的开发过程,与之前的开发过程类似,只不过由于芯片的不同,有些代码需要进行移植。


2.2.1 usb_desc.c代码修改


所要修改的是各种描述符,包括设备描述符、配置描述符、端点描述符等。


需要注意的地方,是CH32F103的最大包长度为8。如下给出了设备描述符和配置描述符等的代码,其余的代码与之前开发的STM32F103工程相同,就不再给出了。


#define LOBYTE(x)  ((u8)(x & 0x00FF))#define HIBYTE(x)  ((u8)((x & 0xFF00) >>8))#define USBD_VID                     0x8765#define USBD_PID                     0x4321/* USB Device Descriptors */const uint8_t  USBD_DeviceDescriptor[CUSTOMHID_SIZ_DEVICE_DESC] = {     0x12,                       /*bLength */    USB_DEVICE_DESCRIPTOR_TYPE, /*bDescriptorType*/    0x10,                       /*bcdUSB */    0x01,    0x00,                       /*bDeviceClass*/    0x00,                       /*bDeviceSubClass*/    0x00,                       /*bDeviceProtocol*/    0x08,                       /*bMaxPacketSize*/    LOBYTE(USBD_VID),           /*idVendor (0x1234)*/    HIBYTE(USBD_VID),    LOBYTE(USBD_PID),           /*idProduct = 0x4321*/    HIBYTE(USBD_PID),    0x00,                       /*bcdDevice rel. 1.00*/    0x01,    1,                          /*Index of string descriptor describing                                              manufacturer */    2,                          /*Index of string descriptor describing                                             product*/    3,                          /*Index of string descriptor describing the                                             device serial number */    0x01                        /*bNumConfigurations*/};/* USB Configration Descriptors */const uint8_t  USBD_ConfigDescriptor[CUSTOMHID_SIZ_CONFIG_DESC] = {     0x09, /* bLength: Configuration Descriptor size */    USB_CONFIGURATION_DESCRIPTOR_TYPE, /* bDescriptorType: Configuration */    CUSTOMHID_SIZ_CONFIG_DESC,    /* wTotalLength: Bytes returned */    0x00,    0x01,         /* bNumInterfaces: 1 interface */    0x01,         /* bConfigurationValue: Configuration value */    0x00,         /* iConfiguration: Index of string descriptor describing                                 the configuration*/    0x80,         /* bmAttributes: Self powered */    0x32,         /* MaxPower 100 mA: this current is used for detecting Vbus */    /************** Descriptor of Custom HID interface ****************/    /* 09 */    0x09,         /* bLength: Interface Descriptor size */    USB_INTERFACE_DESCRIPTOR_TYPE,/* bDescriptorType: Interface descriptor type */    0x00,         /* bInterfaceNumber: Number of Interface */    0x00,         /* bAlternateSetting: Alternate setting */    0x02,         /* bNumEndpoints */    0x03,         /* bInterfaceClass: HID */    0x00,         /* bInterfaceSubClass : 1=BOOT, 0=no boot */    0x00,         /* nInterfaceProtocol : 0=none, 1=keyboard, 2=mouse */    0,            /* iInterface: Index of string descriptor */    /******************** Descriptor of Custom HID HID ********************/    /* 18 */    0x09,         /* bLength: HID Descriptor size */    HID_DESCRIPTOR_TYPE, /* bDescriptorType: HID */    0x10,         /* bcdHID: HID Class Spec release number */    0x01,    0x00,         /* bCountryCode: Hardware target country */    0x01,         /* bNumDescriptors: Number of HID class descriptors to follow */    0x22,         /* bDescriptorType */    CUSTOMHID_SIZ_REPORT_DESC,/* wItemLength: Total length of Report descriptor */    0x00,    /******************** Descriptor of Custom HID endpoints ******************/    /* 27 */    0x07,          /* bLength: Endpoint Descriptor size */    USB_ENDPOINT_DESCRIPTOR_TYPE, /* bDescriptorType: */

0x82, /* bEndpointAddress: Endpoint Address (IN) */ 0x03, /* bmAttributes: 00: Control endpoint 01: Isochronous endpoint 02: Bulk endpoint 03: Interrupt endpoint */ 0x40, /* wMaxPacketSize: 64 Bytes max */ 0x00, 0x00, /* bInterval: Polling Interval */ /* 34 */
0x07, /* bLength: Endpoint Descriptor size */ USB_ENDPOINT_DESCRIPTOR_TYPE, /* bDescriptorType: */ /* Endpoint descriptor type */ 0x02, /* bEndpointAddress: */ /* Endpoint Address (OUT) */ 0x03, /* bmAttributes: Interrupt endpoint */ 0x40, /* wMaxPacketSize: 64 Bytes max */ 0x00, 0x00, /* bInterval: Polling Interval */};


2.2.2 usb_prop.c代码修改


这是开发中的重点,原有的CHF103的USBD工程中,包括端口0的控制传输以及若干USB命令都没有实现。


简单来说,就是需要把端口0的控制传输代码实现,以支持各种USB标准命令和USB类命令(主要是HID类)。


2.2.3 usb_endp.c代码修改


usb_endp.c中主要实现的端点读写通信,也即对应上位机的ReadFile()和WriteFile()。


在usb_desc.c中的配置描述符中,包含了端点描述符的内容。我们声明了端点2的IN和OUT作为读写接口。所实现的代码如下:


uint8_t Receive_Buffer[0xff];/******************************************************************************** Function Name  : EP2_IN_Callback* Description    : Endpoint 2 IN.* Input          : None.* Return         : None.*******************************************************************************/void EP2_IN_Callback (void){ }/******************************************************************************** Function Name  : EP2_OUT_Callback* Description    : Endpoint 2 IN.* Input          : None.* Return         : None.*******************************************************************************/void EP2_OUT_Callback(void){uint32_t DataLength = 0;  DataLength=USB_SIL_Read(EP2_OUT, Receive_Buffer); //读取端点得到的数据  SetEPRxStatus(ENDP2, EP_RX_VALID);
if (Receive_Buffer[0] == 0xA0) //将第二个字节改为1返回,表示是采用端点发送的方式 { Receive_Buffer[1]=0x1; } USB_SIL_Write(EP2_IN,Receive_Buffer,DataLength); SetEPTxStatus(ENDP2,EP_TX_VALID);}


至此,就完成了所有编程工作了。将其编译下载到CH32F103C8T6的开发板上,就可以进行测试了。


3 . 测试


仍旧使用我之前开发的UsbHID上位机工具进行测试(UEFI开发探索74附带的测试工具),结果如下:


图4 CH32F103的USBD工程代码


可以看出,三种读写方式都实现了。


不得不承认,国产的单片机相比于国外的大厂来说,支持资料做得很不足。不过,从功能上来说,还是会有一些亮点的。比如CH32F103C8T6相比于STM32F103C8T6,3个串口保留了,而且还增加了一个USB HOST。


另外,即便是在正常的情况下(现在芯片短缺属于不正常状态),其价格也只有STM32F103C8T6的一半。这对于批量出货的产品来说,是个不能忽视的优势。


我相信随着这波芯片短缺的影响,很多的厂商都会逐渐使用国产单片机了。这种变化,对软硬件工程师来说,可是个不小的考验。


END

来源:网络

版权归原作者所有,如有侵权,请联系删除。

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