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

隨著芯片價格瘋漲，項目的不可控性越來越大。特別是價格方面，達到了無法想象的地步了。

按我的記憶，之前項目中所用的STM32F103C8T6，價格在9元左右；而現在到立創商城上去查，單片價格到了驚人的109元！十幾倍的漲幅，哪個項目還敢用它？

因此，大部分公司，都在準備各種替代方案。

我們也一樣，預備使用CH32F103C8T6替代STM32F103C8T6。這兩種芯片引腳兼容，內部的資源差不多，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！編程相關的CH32F103應用手冊，只有短短的31頁。我想看的USB設備控制器的寄存器細節，甚至都沒有。想想STM32豐富的應用資料、例程和各種視頻，感覺從新手級難度到了骨灰級難度了。

不過，再想想CH32這友好的價格，也就釋然了。

周末兩天，把之前的USB HID通信，在CH32F103C8T6上實現了，估計不久能很快地應用到項目中去。

預計也也有不少朋友有類似的需求，我把探索的過程記錄下來。

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USB和串口下載。考慮到后續開發的時候需要調試，我使用的是WCH-Link進行下載。

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

圖1 WCH-Link實物

由于我的目標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；

后續使用時， WCH-Link 保持切換后的模式。

判斷的方法如下：

WCH-Link空閑時藍燈常滅，是為RISC-V模式；

WCH-Link空閑時藍燈常亮，為ARM模式。

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

圖2是WCH-Link在Win7下的設備顯示。

圖2 WCH-Link的ARM模式

實際使用中，直接使用SWD協議的兩線以及GND就可以下載了。軟件的使用方法，可以參考官方提供的《CH32F103評估板說明書》，其中介紹了詳細的下載和仿真調試方法。

2. 代碼編寫

使用CH32F103C8T6實現之前的USB HID雙向通信。

在經歷了若干款MCU編寫USB代碼后，對這塊內容已經比較熟悉了。簡單來說，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USB端口，一個是可做全速主機或設備的USBHD，另一個是全速設備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。

我的目標很明確，實在沒太多時間去研究沁恒電子的USB庫，因此采用了USBD的示例作為模板，進行開發。

由于USBD的工程與STM32的USB庫類似，我選擇深入研究下STM32的USB庫（畢竟資料更多，而且之前學習過）。

2.1 STM32的USB-FS Device Library

UEFI開發探索85中，曾經介紹過如何使用STM32F103C8T6制作HID設備。不過，對于所使用的的USB Library，并沒有討論。

STMF103的USB庫，可以在STSW-STM32121中找到，其應用文檔為UM0424。文檔中給出了非常詳盡的庫說明，如圖3為USB庫的代碼結構。

圖3 USB庫代碼結構

USB-FS-Device 庫主要分為兩層：

STM32_USB-FS_Device_Driver: 驅動層，訪問USB全速設備外圍和USB標準協議，兼容USB2.0標準，與STM32標準庫分離；這層不能由用戶修改；

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

驅動層的代碼，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：傳輸中斷服務函數 usb_mem(.h,.c)：數據傳輸管理

USB-FS設備驅動中間層：

usb_init (.h,.c) ：USB設備初始化全局變量 usb_core (.h , .c) ：USB協議管理（兼容USB2.0規范第9章） usb_sil (.h,.c) ：讀寫端點的簡化函數（USB-FS_Device外圍的抽象層） usb_def.h / usb_type.h：用于庫中的USB定義和類型 platform_config.h：評估板上用到的硬件定義

應用層代碼是提供給用戶修改用的，所需要實現的功能都在此層實現。它所包含的源文件說明如下：

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

對照CH32F103C8T6提供的USBD例程，可以發現其結構與STM32的是一樣的。可以斷定，它是模仿了STM32的USB Library編寫了自己的庫函數接口。

這種設計方法，對習慣了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（畢竟STM32的例程還是比較豐富的）。

本篇所實現的USB HID雙向通信，就是參考了STM32的CustomHID例程，在CH32F103的USBD例子上實現的。

2.2 代碼移植和修改

如圖4所示，給出了CH32F103的USBD工程的代碼結構。

圖4 CH32F103的USBD工程代碼

驅動層的代碼完全不用修改。為了確定此事，我對照著STM32的驅動層代碼，一個個函數研究了下，除去與芯片相關的部分，其實現代碼幾乎一致。

所要修改的代碼在應用層，也不是所有源文件需要修改，需要修改的文件包括三個：

usb_desc.c、usb_endp.c和usb_prop.c。

看過我UEFI開發探索和YIE002開發探索兩個系列博客的網友，應該了解之前我使用STM32開發USB HID設備的過程。而且相關的工程代碼，在博客中也提供了（UEFI開發探索85和YIE002開發探索09，前者使用Legacy Library，后者使用Cube Library開發。）。

實際的開發過程，與之前的開發過程類似，只不過由于芯片的不同，有些代碼需要進行移植。

2.2.1 usb_desc.c代碼修改

所要修改的是各種描述符，包括設備描述符、配置描述符、端點描述符等。

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

#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 describingmanufacturer */2, /*Index of string descriptor describingproduct*/3, /*Index of string descriptor describing thedevice 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 describingthe 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代碼修改

這是開發中的重點，原有的CHF103的USBD工程中，包括端口0的控制傳輸以及若干USB命令都沒有實現。

簡單來說，就是需要把端口0的控制傳輸代碼實現，以支持各種USB標準命令和USB類命令（主要是HID類）。

2.2.3 usb_endp.c代碼修改

usb_endp.c中主要實現的端點讀寫通信，也即對應上位機的ReadFile()和WriteFile()。

在usb_desc.c中的配置描述符中，包含了端點描述符的內容。我們聲明了端點2的IN和OUT作為讀寫接口。所實現的代碼如下：

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); //讀取端點得到的數據SetEPRxStatus(ENDP2, EP_RX_VALID);if (Receive_Buffer[0] == 0xA0) //將第二個字節改為1返回，表示是采用端點發送的方式{Receive_Buffer[1]=0x1;}USB_SIL_Write(EP2_IN,Receive_Buffer,DataLength);SetEPTxStatus(ENDP2,EP_TX_VALID); }

至此，就完成了所有編程工作了。將其編譯下載到CH32F103C8T6的開發板上，就可以進行測試了。

3 .?測試

仍舊使用我之前開發的UsbHID上位機工具進行測試（UEFI開發探索74附帶的測試工具），結果如下：

圖4 CH32F103的USBD工程代碼

從圖5的測試可以看出，三種讀寫方式都實現了。

不得不承認，國產的單片機相比于國外的大廠來說，支持資料做得很不足。不過，從功能上來說，還是會有一些亮點的。比如CH32F103C8T6相比于STM32F103C8T6，3個串口保留了，而且還增加了一個USB HOST。

另外，即便是在正常的情況下（現在芯片短缺屬于不正常狀態），其價格也只有STM32F103C8T6的一半。這對于批量出貨的產品來說，是個不能忽視的優勢。

我相信隨著這波芯片短缺的影響，很多的廠商都會逐漸使用國產單片機了。這種變化，對軟硬件工程師來說，可是個不小的考驗。

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總結

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