[Программирование микроконтроллеров] Полноценный трехпортовый USB-Serial адаптер на STM32 Blue Pill (STM32F103C8T6)

Ответить на тему

Автор

Сообщение

news_bot ^®

Стаж: 6 лет 9 месяцев
Сообщений: 27286

news_bot ^® написал(а)
27-Ноя-2020 15:33

Цитировать

Некоторое время назад мне в очередной раз потребовался USB-Serial адаптер. И не просто адаптер c RX/TX, а чтобы еще присутствовали управляющие сигналы. И не один UART, а несколько. И еще желательно, в виде одного композитного устройства, чтобы все это хозяйство не занимало больше одного USB-порта. Так и началась эта история...
Готовые устройства из тех, что можно приобрести в магазине, меня не вдохновили. Либо дорого и сложно найти в продаже, либо не подходят по одному или нескольким критериям выше. Композитных USB-Serial адаптеров в дешевом сегменте я и вовсе не смог найти. Зато на столе обнаружилась отладочная плата STM32 Blue Pill на микроконтроллере STM32F103C8T6. Сверившись с документацией, я убедился, что этот микроконтроллер содержит в себе все, что мне нужно для полного счастья. А именно: интерфейс USB 2.0 full-speed, три USART, семиканальный DMA контроллер и достаточное количество линий GPIO для реализации всех интересующих меня управляющих сигналов.
Осталось только раздобыть соответствующую прошивку, которая превратит безжизненный кусок железа в нужное и полезное устройство. И тут меня поджидало большое разочарование: оказывается, не смотря на бешеную популярность этого микроконтроллера и отладочной платы, никто до сих пор так и не сделал ничего подобного. Вернее, попытка была, но это скорее экспериментально-образовательный proof-of-concept, а не законченный продукт. Чего только стоит блокирующая передача данных по UART: один порт передает, остальные ждут. Нет, этот микроконтроллер определенно заслуживает большего! Пришлось засучить рукава и написать прошивку самому.
Что у меня получилось
Я решил по-максимуму задействовать возможности периферии микроконтроллера, но вместе с тем не впадать в пучину предварительных оптимизаций. Читаемость и поддерживаемость кода для меня гораздо важнее, чем незначительный прирост производительности. Тем более, что с производительностью и так все вышло очень хорошо.
Что реализовано:

три независимых последовательных порта;
поддержка аппаратного контроля потока (RTS/CTS) на двух из трех портов;
поддержка управляющих сигналов DSR/DTR/DCD;
поддержка 7 и 8-битной длины слова;
поддержка контроля четности;
1, 1.5 и 2 стоповых бита;
совместимость со стандартными драйверами Linux, macOS и Windows;
подписанный INF файл для Windows XP, 7 и 8;
поддержка произвольных скоростей (более 2 Мбит/с);
DMA на передачу и прием данных USART;
встроенный командный интерпретатор для конфигурации;
нет зависимостей от сторонних библиотек кроме CMSIS;
проект с открытым исходным кодом, лицензия MIT;

Командный интерпретатор позволяет настраивать следующие параметры:

тип выхода: двухтактный, открытый сток;
тип подтяжки входных линий: вверх, вниз, плавающая;
инверсия для управляющих сигналов: активный высокий/низкий;

Командный интерпретатор активируется на первом CDC порту при подключении пина PB5 к земле, поддерживает часть управляющих последовательностей ANSI (стрелочки, backspace), и принимает вполне дружелюбные на вид команды:

*******************************
* Configuration Shell Started *
*******************************
>uart 1 tx output pp dcd active low pull up
>

Командный интерпретатор не позволяет переназначать сигналы с одних пинов на другие. Во-первых, далеко не все сигналы можно переназначить, а во-вторых, такая возможность по-настоящему становится востребованной только при использовании прошивки в контексте какой-либо иной платы. В этом случае проще и правильнее переназначить сигналы используя конфигурацию, хранящуюся в исходном коде.
Распиновка вышла следующей:
Signal
Direction
UART1
UART2
UART3
RX
IN
PA10
PA3
PB11
TX
OUT
PA9
PA2
PB10
RTS
OUT
N/A
PA1
PB14
CTS
IN
N/A
PA0
PB13
DSR
IN
PB7
PB4
PB6
DTR
OUT
PA4
PA5
PA6
DCD
IN
PB15
PB8
PB9
Пины выделенные жирным шрифтом являются толерантными к 5 вольтам.
К сожалению, реализовать RTS/CTS на UART1 не вышло из-за того, что соответсвующие пины заняты сигналами USB. Можно было вывести RTS на какой-нибудь другой пин, поскольку RTS управляется программно, в зависимости от степени заполнения кольцевых буферов на прием, но порт c RTS и без CTS мне показался странной штукой и я решил, что так делать не надо.
Проект написан на языке C, и подразумевает использование arm-none-eabi-gcc для сборки. Я использовал специфичный для GCC синтаксис атрибутов и расширения языка С. Совместимость проекта с проприетарными компиляторами меня не интересует, но если кто-то считает это важным, то я готов принять соответствующий пул-реквест.
В результате у меня получилось удобное и мощное устройство которое полностью закрывает все мои потребности в последовательных портах. STM32 Blue Pill можно использовать как самостоятельно, так и в составе схем обеспечивающих согласование уровней и развязку. Возможность настройки сигнальных линий позволяет упростить разработку таких схем.
Подробная документация, исходный код и собранная прошивка доступна в репозитории проекта на GitHub: https://github.com/r2axz/bluepill-serial-monster
Дальнейшие планы
Нет предела совершенству и этот проект – не исключение. В каких-то местах код можно было написать чище, понятнее и эффективнее. Я обязательно этим в какой-то момент займусь. Кроме того, я очень рассчитываю на обратную связь от пользователей для поиска и устранения возможных багов.
===========
Источник:
habr.com
===========
Похожие новости:

Теги для поиска: #_programmirovanie_mikrokontrollerov (Программирование микроконтроллеров), #_stm32, #_stm32f103, #_usb, #_cdc, #_serial_port, #_uart, #_composite_device, #_cmsis, #_armnoneeabi, #_open_source_software, #_programmirovanie_mikrokontrollerov (
Программирование микроконтроллеров
)

Профиль ЛС

Ответить на тему

Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы

Текущее время: 22-Ноя 13:45
Часовой пояс: UTC + 5