[Разработка систем связи, Программирование микроконтроллеров] Составное устройство USB на STM32. Часть 1: Предпосылки
Автор
Сообщение
news_bot ®
Стаж: 6 лет 2 месяца
Сообщений: 27286
История эта началась три года назад, когда я осознал, что мне скоро исполнится 50 лет, что я погряз в бумажной работе, и что мне хочется чего-то нового. Работу поменять в моём возрасте уже проблематично, поэтому я решил начать pet-проект.
Первое, что приходит в таких случаях на ум старому радиолюбителю: новая радиостанция. Стопроцентно аппаратные решения остались в далёком прошлом. Сейчас гораздо более актуальны SDR-трансиверы: решение это программно-аппаратное, есть опубликованные примеры реализации, к некоторым из них даже выложены исходные коды прошивок.
Основная проблема в разработке заключалась в том, что несложные SDR-радиостанции, работающие в связке со звуковой картой, требуют наличия у компьютера, к которому они подключены, двухканальных линейных входа и выхода для работы приёмо-передающего тракта, а также COM-порта для работы CAT-интерфейса. В современных же ноутбуках аудиовход обычно предназначен для подключения микрофона гарнитуры и бывает только монофоническим.
Решением проблемы стала реализация составного устройства USB, состоящего из виртуального COM-порта и дуплексной звуковой карты. Кому интересно, как я с этим справился, не имея опыта программирования, милости прошу под cut.
TL/DR: Как я с этим справился, не имея опыта программирования? Просто начал программировать на C, а остальное приложилось само: MVP проекта реализован, а исходные коды публикуемой реализации составного устройства USB, состоящего из виртуального COM-порта и дуплексной звуковой карты находятся здесь: [/url][url=https://github.com/dmitrii-rudnev/selenite-habr]github.com/dmitrii-rudnev/selenite-habr
… и опыт, сын ошибок трудных...
И опыт и навыки формируются практикой. Для их формирования необходимо:
- изучать документацию;
- проводить анализ существующих решений;
- разрабатывать собственные решения;
- воплощать собственные решения в «железе»;
- возвращаться к началу цикла если не заработало.
Любую технологию освоить гораздо проще, когда понимаешь, для решения каких проблем она в своё время создавалась.
Язык C разрабатывался инженерами и для инженеров. Использование языка программирования C дало мне возможность абстрагироваться от ассемблера и машинных кодов с одной стороны, но в тоже время обращаться напрямую к регистрам или к памяти.
Нелюбимый многими STM32CubeMX с библиотекой HAL значительно облегчил мне процесс разработки хотя бы тем, что не надо было за каждой мелочью заглядывать в Reference Manual.
Кроме того, я очень многому научился, разбирая сгенерированный STM32CubeMX код:
- его писали разные люди, но он выдержан в одном стиле;
- назначение переменных и функций понятно из имени;
- комментарии к коду позволяют документировать его через Doxygen и т.п.
Так или иначе, но за несколько месяцев упражнений с STM32CubeMX и изучения чужого кода мне удалось научиться писать и оформлять свой код так, что коллеги-программисты, к которым приходилось обращаться за советами, перестали при виде меня ехидно улыбаться.
В силу того, что я не мог гарантировать результат своей программистской деятельности, пришлось вводить градации по функционалу MVP проекта от простого к сложному.
Минимальный функционал MVP подразумевал подключение приёмной части радиостанции к линейному входу звуковой карты компьютера и приём на фиксированной частоте.
Следующим шагом планировалась реализация перестройки частоты через CAT-интерфейс, подключение приёмного и передающего трактов радиостанции к линейным входу и выходу звуковой карты и приём-передача на любительских диапазонах.
И только после этого планировалось подключение SDR-трансивера к компьютеру как звукового устройства USB с управлением по CAT-интерфейсу.
Такой подход сразу дал плоды: уже к началу 2019 года, всего через шесть месяцев после установки на мой компьютер STM32CubeMX, был реализован минимальный MVP проекта: функциональный аналог SDR-приёмника Softrock Lite II RX уверенно принимал сигналы точного времени на частоте 9996 кГц.
В настоящее время MVP проекта является функциональным аналогом SDR-трансивера Peaberry SDR V2 и работает как на приём, так и на передачу.
Структура приёмопередающего тракта SDR-трансивера
Описываемое в публикации составное устройство USB работает в составе SDR-трансивера. Структура приёмопередающего тракта разрабатываемого SDR-трансивера включает в себя пока только самый необходимый минимум и представлена на рисунке ниже:
При приёме радиосигнал поступает из антенны через полосовой фильтр (BPF) в квадратурный детектор (QSD). Полученный в результате квадратурный сигнал (IQ) через двухканальный вход дуплексного звукового устройства USB поступает в компьютер для дальнейшей обработки.
При передаче сформированный в компьютере квадратурный сигнал (IQ) через двухканальный выход дуплексного звукового устройства USB поступает в квадратурный возбудитель (QSE).
Полученный в результате радиосигнал подаётся через полосовой фильтр (BPF) в антенну.
Обработка сигналов на стороне компьютера осуществляется программой HDSDR.
Частота приёма и передачи задаётся настройками генератора плавного диапазона (VFO). Управление VFO и режимом работы (приём-передача) осуществляется из программы HDSDR через CAT-интерфейс, подключенный к виртуальному COM-порту.
Связь HDSDR с виртуальным COM-портом осуществляется посредством программы OmniRig, созданной канадским радиолюбителем Alex Shovkoplyas (VE3NEA).
CAT-интерфейс трансивера использует ограниченный набор команд популярного во всём мире трансивера Yaesu FT-817.
Виртуальный COM-порт и дуплексное звуковое устройство объединены в составное устройство USB, работа которого и будет разобрана в данной публикации. Для облегчения проверки работоспособности публикуемого решения на входные и выходные потоки устройств установлены шлейфы.
Вся необходимая для разработки описанного в публикации составного устройства USB документация была найдена поиском по сайту usb.org.
Техническое решение разрабатывалось на основе анализа созданной немецким радиолюбителем Andreas Richter (DF8OE) open source прошивки для трансивера mcHF M0NKA и его клонов. Ряд нюансов был проработан при попытках разобраться в кодах дуплексного звукового устройства USB на базе расширения X-CUBE-AUDIO для STM32CubeMХ.
Структура составного устройства USB
Описываемое в публикации составное устройство USB состоит из виртуального COM-порта и дуплексного звукового устройства USB 16 бит 48 кГц. Публикуемое решение реализовано на микроконтроллере STM32F446ZET6 из состава платы NUCLEO-F446ZE.
Упрощенная структура дескриптора представлена на рисунке ниже:
Дескриптор составного устройства USB создан по рекомендациям, содержащимся в документе:
[1]USB Interface Association Descriptor Device Class Code and Use Model. rev.1.0. July 23 2003
Хотел бы заострить внимание на том, что в структуре дескриптора составного устройства USB важен порядок описания интерфейсов: сначала идёт описание интерфейса 0, затем интерфейса 1 и т.д. Номера используемых интерфейсами конечных точек (EP) могут идти не по порядку.
При генерации кода STM32CubeMX размещает дескриптор устройства (Device Descriptor) в файле usbd_desc.c. Нужно отметить, что STM32CubeMX при последующей генерации кода не сохранит изменения, вручную внесённые в дескриптор, т.к. они не находятся в области, помеченной как USER CODE.
Дескрипторы конфигурации и классов устройств размещаются в файлах usbd_cdc.c и usbd_audio.c, размещённых в папках директории Middlewares/ST/Class. Важно помнить, что STM32CubeMX даёт выбрать за раз только один класс устройств. Если ранее был выбран другой класс, при генерации кода файлы с драйверами этого класса из проекта будут удалены.
От автора
В следующей части публикации будет разобрана:
- подготовка проекта в STM32CubeMX;
- настройка параметров звукового устройства USB;
- работа звукового устройства USB, которое STM32CubeMX генерирует по умолчанию «из коробки».
===========
Источник:
habr.com
===========
Похожие новости:
- [Информационная безопасность, Беспроводные технологии, Разработка систем связи, Разработка для интернета вещей, Интернет вещей] Интернет вещей по-русски. Процедура активации OpenUNB
- [Сетевые технологии, Беспроводные технологии, Разработка систем связи, Научно-популярное, Космонавтика] Как работает спутниковая сеть StarLink (собственный анализ)
- [Разработка систем связи, Производство и разработка электроники, Научно-популярное, Физика] Ученые создали полимерную пленку, которая защищает от электромагнитного излучения
- [Python, API, Программирование микроконтроллеров, Разработка для интернета вещей] Опыт написания IDL для embedded
- [C, Программирование микроконтроллеров] АЦП преобразования в указанные моменты времени на STM32
- [Open source, Разработка под Linux, Программирование микроконтроллеров, Софт] Поскольку на Raspberry Pi Pico не встанет Linux, умелец портировал на плату Fuzix
- [Assembler, Программирование микроконтроллеров] Assembler Editor Plus: Добавление нового микроконтроллера
- [Разработка систем связи] Работа телеком-операторов, DDoS-атаки, сетевые технологии и инфраструктура — подборка материалов
- [Assembler, Программирование микроконтроллеров] Assembler Editor Plus: Использование модулей
- [Assembler, Программирование микроконтроллеров] Assembler Editor Plus: Первый проект
Теги для поиска: #_razrabotka_sistem_svjazi (Разработка систем связи), #_programmirovanie_mikrokontrollerov (Программирование микроконтроллеров), #_stm32, #_stm32cubeide, #_usb_audio, #_ham_radio, #_razrabotka_sistem_svjazi (
Разработка систем связи
), #_programmirovanie_mikrokontrollerov (
Программирование микроконтроллеров
)
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: 06-Май 17:26
Часовой пояс: UTC + 5
| Автор | Сообщение |
|---|---|
|
news_bot ®
Стаж: 6 лет 2 месяца |
|
 История эта началась три года назад, когда я осознал, что мне скоро исполнится 50 лет, что я погряз в бумажной работе, и что мне хочется чего-то нового. Работу поменять в моём возрасте уже проблематично, поэтому я решил начать pet-проект. Первое, что приходит в таких случаях на ум старому радиолюбителю: новая радиостанция. Стопроцентно аппаратные решения остались в далёком прошлом. Сейчас гораздо более актуальны SDR-трансиверы: решение это программно-аппаратное, есть опубликованные примеры реализации, к некоторым из них даже выложены исходные коды прошивок. Основная проблема в разработке заключалась в том, что несложные SDR-радиостанции, работающие в связке со звуковой картой, требуют наличия у компьютера, к которому они подключены, двухканальных линейных входа и выхода для работы приёмо-передающего тракта, а также COM-порта для работы CAT-интерфейса. В современных же ноутбуках аудиовход обычно предназначен для подключения микрофона гарнитуры и бывает только монофоническим. Решением проблемы стала реализация составного устройства USB, состоящего из виртуального COM-порта и дуплексной звуковой карты. Кому интересно, как я с этим справился, не имея опыта программирования, милости прошу под cut. TL/DR: Как я с этим справился, не имея опыта программирования? Просто начал программировать на C, а остальное приложилось само: MVP проекта реализован, а исходные коды публикуемой реализации составного устройства USB, состоящего из виртуального COM-порта и дуплексной звуковой карты находятся здесь: [/url][url=https://github.com/dmitrii-rudnev/selenite-habr]github.com/dmitrii-rudnev/selenite-habr … и опыт, сын ошибок трудных... И опыт и навыки формируются практикой. Для их формирования необходимо:
Любую технологию освоить гораздо проще, когда понимаешь, для решения каких проблем она в своё время создавалась. Язык C разрабатывался инженерами и для инженеров. Использование языка программирования C дало мне возможность абстрагироваться от ассемблера и машинных кодов с одной стороны, но в тоже время обращаться напрямую к регистрам или к памяти. Нелюбимый многими STM32CubeMX с библиотекой HAL значительно облегчил мне процесс разработки хотя бы тем, что не надо было за каждой мелочью заглядывать в Reference Manual. Кроме того, я очень многому научился, разбирая сгенерированный STM32CubeMX код:
Так или иначе, но за несколько месяцев упражнений с STM32CubeMX и изучения чужого кода мне удалось научиться писать и оформлять свой код так, что коллеги-программисты, к которым приходилось обращаться за советами, перестали при виде меня ехидно улыбаться. В силу того, что я не мог гарантировать результат своей программистской деятельности, пришлось вводить градации по функционалу MVP проекта от простого к сложному. Минимальный функционал MVP подразумевал подключение приёмной части радиостанции к линейному входу звуковой карты компьютера и приём на фиксированной частоте. Следующим шагом планировалась реализация перестройки частоты через CAT-интерфейс, подключение приёмного и передающего трактов радиостанции к линейным входу и выходу звуковой карты и приём-передача на любительских диапазонах. И только после этого планировалось подключение SDR-трансивера к компьютеру как звукового устройства USB с управлением по CAT-интерфейсу. Такой подход сразу дал плоды: уже к началу 2019 года, всего через шесть месяцев после установки на мой компьютер STM32CubeMX, был реализован минимальный MVP проекта: функциональный аналог SDR-приёмника Softrock Lite II RX уверенно принимал сигналы точного времени на частоте 9996 кГц. В настоящее время MVP проекта является функциональным аналогом SDR-трансивера Peaberry SDR V2 и работает как на приём, так и на передачу. Структура приёмопередающего тракта SDR-трансивера Описываемое в публикации составное устройство USB работает в составе SDR-трансивера. Структура приёмопередающего тракта разрабатываемого SDR-трансивера включает в себя пока только самый необходимый минимум и представлена на рисунке ниже:  При приёме радиосигнал поступает из антенны через полосовой фильтр (BPF) в квадратурный детектор (QSD). Полученный в результате квадратурный сигнал (IQ) через двухканальный вход дуплексного звукового устройства USB поступает в компьютер для дальнейшей обработки. При передаче сформированный в компьютере квадратурный сигнал (IQ) через двухканальный выход дуплексного звукового устройства USB поступает в квадратурный возбудитель (QSE). Полученный в результате радиосигнал подаётся через полосовой фильтр (BPF) в антенну. Обработка сигналов на стороне компьютера осуществляется программой HDSDR. Частота приёма и передачи задаётся настройками генератора плавного диапазона (VFO). Управление VFO и режимом работы (приём-передача) осуществляется из программы HDSDR через CAT-интерфейс, подключенный к виртуальному COM-порту. Связь HDSDR с виртуальным COM-портом осуществляется посредством программы OmniRig, созданной канадским радиолюбителем Alex Shovkoplyas (VE3NEA). CAT-интерфейс трансивера использует ограниченный набор команд популярного во всём мире трансивера Yaesu FT-817. Виртуальный COM-порт и дуплексное звуковое устройство объединены в составное устройство USB, работа которого и будет разобрана в данной публикации. Для облегчения проверки работоспособности публикуемого решения на входные и выходные потоки устройств установлены шлейфы. Вся необходимая для разработки описанного в публикации составного устройства USB документация была найдена поиском по сайту usb.org. Техническое решение разрабатывалось на основе анализа созданной немецким радиолюбителем Andreas Richter (DF8OE) open source прошивки для трансивера mcHF M0NKA и его клонов. Ряд нюансов был проработан при попытках разобраться в кодах дуплексного звукового устройства USB на базе расширения X-CUBE-AUDIO для STM32CubeMХ. Структура составного устройства USB Описываемое в публикации составное устройство USB состоит из виртуального COM-порта и дуплексного звукового устройства USB 16 бит 48 кГц. Публикуемое решение реализовано на микроконтроллере STM32F446ZET6 из состава платы NUCLEO-F446ZE. Упрощенная структура дескриптора представлена на рисунке ниже:  Дескриптор составного устройства USB создан по рекомендациям, содержащимся в документе: [1]USB Interface Association Descriptor Device Class Code and Use Model. rev.1.0. July 23 2003 Хотел бы заострить внимание на том, что в структуре дескриптора составного устройства USB важен порядок описания интерфейсов: сначала идёт описание интерфейса 0, затем интерфейса 1 и т.д. Номера используемых интерфейсами конечных точек (EP) могут идти не по порядку. При генерации кода STM32CubeMX размещает дескриптор устройства (Device Descriptor) в файле usbd_desc.c. Нужно отметить, что STM32CubeMX при последующей генерации кода не сохранит изменения, вручную внесённые в дескриптор, т.к. они не находятся в области, помеченной как USER CODE. Дескрипторы конфигурации и классов устройств размещаются в файлах usbd_cdc.c и usbd_audio.c, размещённых в папках директории Middlewares/ST/Class. Важно помнить, что STM32CubeMX даёт выбрать за раз только один класс устройств. Если ранее был выбран другой класс, при генерации кода файлы с драйверами этого класса из проекта будут удалены. От автора В следующей части публикации будет разобрана:
=========== Источник: habr.com =========== Похожие новости:
Разработка систем связи ), #_programmirovanie_mikrokontrollerov ( Программирование микроконтроллеров ) |
|
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
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: 06-Май 17:26
Часовой пояс: UTC + 5