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用國(guó)產(chǎn)CH32替代STM32，快來(lái)試試看！

時(shí)間：2021-09-14 11:32:36
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[導(dǎo)讀]/*作者:羅冰 https://blog.csdn.net/luobing4365*/隨著芯片價(jià)格瘋漲，項(xiàng)目的不可控性越來(lái)越大。特別是價(jià)格方面，達(dá)到了無(wú)法想象的地步了。按我的記憶，之前項(xiàng)目中所用的STM32F103C8T6，價(jià)格在9元左右；而現(xiàn)在到立創(chuàng)商城上去查，單片價(jià)...

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



隨著芯片價(jià)格瘋漲，項(xiàng)目的不可控性越來(lái)越大。特別是價(jià)格方面，達(dá)到了無(wú)法想象的地步了。



按我的記憶，之前項(xiàng)目中所用的STM32F103C8T6，價(jià)格在9元左右；而現(xiàn)在到立創(chuàng)商城上去查，單片價(jià)格到了驚人的109元！十幾倍的漲幅，哪個(gè)項(xiàng)目還敢用它？



因此，大部分公司，都在準(zhǔn)備各種替代方案。



我們也一樣，預(yù)備使用CH32F103C8T6替代STM32F103C8T6。這兩種芯片引腳兼容，內(nèi)部的資源差不多，理論上代碼移植也比較方便。



我就是這么想的，然后就被打臉了。



最大的原因在于，廠家提供的資料太少了！編程相關(guān)的CH32F103應(yīng)用手冊(cè)，只有短短的31頁(yè)。我想看的USB設(shè)備控制器的寄存器細(xì)節(jié)，甚至都沒(méi)有。想想STM32豐富的應(yīng)用資料、例程和各種視頻，感覺(jué)從新手級(jí)難度到了骨灰級(jí)難度了。



不過(guò)，再想想CH32這友好的價(jià)格，也就釋然了。



周末兩天，把之前的USB HID通信，在CH32F103C8T6上實(shí)現(xiàn)了，估計(jì)不久能很快地應(yīng)用到項(xiàng)目中去。



預(yù)計(jì)也也有不少朋友有類似的需求，我把探索的過(guò)程記錄下來(lái)。



1. 固件下載




CH32F103的芯片，支持WCH-Link或者其他SW仿真工具下載，也支持使用WCHISPTool通過(guò)USB和串口下載?？紤]到后續(xù)開發(fā)的時(shí)候需要調(diào)試，我使用的是WCH-Link進(jìn)行下載。



如圖1所示，給出了WCH-Link的實(shí)物圖（摘自《WCH-Link使用說(shuō)明-V1.3》）。




圖1 WCH-Link實(shí)物



由于我的目標(biāo)是使用它下載程序到CH32F103C8T6中，只需要使用ARM模式就行了，不需要關(guān)注RISC-V模式。



拿到的WCH-Link，一般是RISC-V模式，需要將其切換到ARM模式。



模式切換的方法如下：



WCH-Link 斷電， 將圖一正面圖 1 中排針， TX 接 GND；


WCH-Link 上電， 切換模式成功后， 斷開 TX 和 GND；


后續(xù)使用時(shí)， WCH-Link 保持切換后的模式。





判斷的方法如下：



WCH-Link空閑時(shí)藍(lán)燈常滅，是為RISC-V模式；


WCH-Link空閑時(shí)藍(lán)燈常亮，為ARM模式。


在ARM模式下，Windows 10下是不需要安裝驅(qū)動(dòng)的，而Win7有些情況下需要更換驅(qū)動(dòng)，具體可以向廠家索取資料。



圖2是WCH-Link在Win7下的設(shè)備顯示。






圖2 WCH-Link的ARM模式



實(shí)際使用中，直接使用SWD協(xié)議的兩線以及GND就可以下載了。軟件的使用方法，可以參考官方提供的《CH32F103評(píng)估板說(shuō)明書》，其中介紹了詳細(xì)的下載和仿真調(diào)試方法。



2. 代碼編寫



使用CH32F103C8T6實(shí)現(xiàn)之前的USB HID雙向通信。



在經(jīng)歷了若干款MCU編寫USB代碼后，對(duì)這塊內(nèi)容已經(jīng)比較熟悉了。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，只要在USB HID的示例上，修改各類描述符，添加需要的命令處理就可以了。



可惜的是，廠家提供的示例代碼非常少。CH32F103C8T6支持兩個(gè)USB端口，一個(gè)是可做全速主機(jī)或設(shè)備的USBHD，另一個(gè)是全速設(shè)備USBD。



提供的示例代碼中，USBD給出了VirtualCom的工程；USBHD給出了DEVICE、HOSG、HOST_Udisk三個(gè)示例。



USBD的工程，類似于STM32的Legacy Library；而USBHD的工程，則使用了沁恒電子自己的庫(kù)。



我的目標(biāo)很明確，實(shí)在沒(méi)太多時(shí)間去研究沁恒電子的USB庫(kù)，因此采用了USBD的示例作為模板，進(jìn)行開發(fā)。



由于USBD的工程與STM32的USB庫(kù)類似，我選擇深入研究下STM32的USB庫(kù)（畢竟資料更多，而且之前學(xué)習(xí)過(guò)）。



2.1 STM32的USB-FS Device Library




UEFI開發(fā)探索85中，曾經(jīng)介紹過(guò)如何使用STM32F103C8T6制作HID設(shè)備。不過(guò)，對(duì)于所使用的的USB Library，并沒(méi)有討論。



STMF103的USB庫(kù)，可以在STSW-STM32121中找到，其應(yīng)用文檔為UM0424。文檔中給出了非常詳盡的庫(kù)說(shuō)明，如圖3為USB庫(kù)的代碼結(jié)構(gòu)。




圖3 USB庫(kù)代碼結(jié)構(gòu)



USB-FS-Device 庫(kù)主要分為兩層：



STM32_USB-FS_Device_Driver: 驅(qū)動(dòng)層，訪問(wèn)USB全速設(shè)備外圍和USB標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，兼容USB2.0標(biāo)準(zhǔn)，與STM32標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)分離；這層不能由用戶修改；


Applicaton Interface：在庫(kù)和最終用戶層之間，提供完成的接口，可以由用戶修改；


驅(qū)動(dòng)層的代碼，大部分情況下是不用修改的，它所包含的源文件說(shuō)明如下：



USB-FS外圍部件接口：


usb_reg (.h, .c)：硬件抽象層usb_int.c：傳輸中斷服務(wù)函數(shù)usb_mem(.h,.c)：數(shù)據(jù)傳輸管理


USB-FS設(shè)備驅(qū)動(dòng)中間層：




usb_init (.h,.c) ：USB設(shè)備初始化全局變量usb_core (.h , .c) ：USB協(xié)議管理（兼容USB2.0規(guī)范第9章） usb_sil (.h,.c) ：讀寫端點(diǎn)的簡(jiǎn)化函數(shù)（USB-FS_Device外圍的抽象層）usb_def.h / usb_type.h：用于庫(kù)中的USB定義和類型platform_config.h：評(píng)估板上用到的硬件定義


應(yīng)用層代碼是提供給用戶修改用的，所需要實(shí)現(xiàn)的功能都在此層實(shí)現(xiàn)。它所包含的源文件說(shuō)明如下：


usb_conf.h：配置文件usb_desc (.h, .c)：描述符usb_prop (.h, .c)：應(yīng)用規(guī)范屬性usb_endp.c：非控制端口的傳輸中斷處理函數(shù)usb_istr (.h,.c)：中斷處理函數(shù)usb_pwr (.h, .c) ：電源和連接管理函數(shù)


對(duì)照CH32F103C8T6提供的USBD例程，可以發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)與STM32的是一樣的?？梢詳喽?，它是模仿了STM32的USB Library編寫了自己的庫(kù)函數(shù)接口。



這種設(shè)計(jì)方法，對(duì)習(xí)慣了STM32編程的工程師是非常好的。大部分情況下，可以直接把STM32的示例工程，直接移植到WCH的芯片上來(lái)（畢竟STM32的例程還是比較豐富的）。



本篇所實(shí)現(xiàn)的USB HID雙向通信，就是參考了STM32的CustomHID例程，在CH32F103的USBD例子上實(shí)現(xiàn)的。



2.2 代碼移植和修改




如圖4所示，給出了CH32F103的USBD工程的代碼結(jié)構(gòu)。




圖4 CH32F103的USBD工程代碼



驅(qū)動(dòng)層的代碼完全不用修改。為了確定此事，我對(duì)照著STM32的驅(qū)動(dòng)層代碼，一個(gè)個(gè)函數(shù)研究了下，除去與芯片相關(guān)的部分，其實(shí)現(xiàn)代碼幾乎一致。



所要修改的代碼在應(yīng)用層，也不是所有源文件需要修改，需要修改的文件包括三個(gè)：


usb_desc.c、usb_endp.c和usb_prop.c。



看過(guò)我UEFI開發(fā)探索和YIE002開發(fā)探索兩個(gè)系列博客的網(wǎng)友，應(yīng)該了解之前我使用STM32開發(fā)USB HID設(shè)備的過(guò)程。而且相關(guān)的工程代碼，在博客中也提供了（UEFI開發(fā)探索85和YIE002開發(fā)探索09，前者使用Legacy Library，后者使用Cube Library開發(fā)。）。



實(shí)際的開發(fā)過(guò)程，與之前的開發(fā)過(guò)程類似，只不過(guò)由于芯片的不同，有些代碼需要進(jìn)行移植。



2.2.1 usb_desc.c代碼修改




所要修改的是各種描述符，包括設(shè)備描述符、配置描述符、端點(diǎn)描述符等。



需要注意的地方，是CH32F103的最大包長(zhǎng)度為8。如下給出了設(shè)備描述符和配置描述符等的代碼，其余的代碼與之前開發(fā)的STM32F103工程相同，就不再給出了。
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