下面的案例是之前ST MCU FAE跟客戶一起經(jīng)歷過(guò)的，并將相關(guān)過(guò)程和解決方案形成一份文檔并發(fā)布出來(lái)了。我覺得該案例可能具有一定代表性，并把它轉(zhuǎn)載過(guò)來(lái)分享給大家。該方面的文檔在ST MCU中文官網(wǎng)[www.stmcu.com.cn]的設(shè)計(jì)資源之本地化資料部分可以找到。

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VCP 例程用于數(shù)據(jù)傳輸時(shí)丟失數(shù)據(jù)的處理

問(wèn)題回顧：

某客戶工程師在其產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，使用了STM32F205VET6。據(jù)其工程師講述：他使用 ST 的 USB 固件庫(kù) 中的 VCP 例程來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬串口的功能，但是他發(fā)現(xiàn)虛擬串口一次輸出的數(shù)據(jù)（從串口到上位機(jī)）如果 超過(guò) 2Kbytes 就會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失，只輸出尾部的 2Kbytes。客戶工程師檢查代碼發(fā)現(xiàn) USB 的 FIFO 大小 由宏定義 APP_RX_DATA_SIZE決定，而 APP_RX_DATA_SIZE 的大小剛好為 2Kbytes。所以他認(rèn)為此FIFO 設(shè)計(jì)太小而造成的，于是他將 FIFO 的大小改成 5Kbyte，不過(guò)修改后并不能解決問(wèn)題。

調(diào)研：

1.打開“STM32F105/7, STM32F2 and STM32F4 USB on-the-go Host and devicelibrary (UM1021)” 庫(kù)里邊的 VCP 例程，位于“...\STM32_USB-Host- Device_Lib_V2.1.0\Project\USB_Device_Examples\VCP”中。對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，并沒有出現(xiàn)所說(shuō)的問(wèn) 題，APP_RX_DATA_SIZE 的大小仍然為 2Kbytes，不管傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是2Kbytes 還是 5Kbytes 甚至是 25Kbytes，完全沒有問(wèn)題。

2.了解客戶程序UART 所設(shè)置的波特率，為 115200，與原 VCP 例程一致。USB 采用的是 FullSpeed， 全速 USB 總線的幀周期為 1ms。

3.在 usbd_conf.h 中可以看到 APP_RX_DATA_SIZE 的定義在這里，為2048，它定義了 APP_Rx_Buffer 的大小。APP_Rx_Buffer 其實(shí)是一個(gè)循環(huán)緩沖區(qū)，APP_Rx_ptr_in 指明了其數(shù)據(jù)進(jìn)來(lái)的位置，當(dāng)USART 接收到數(shù)據(jù)時(shí)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于 APP_Rx_ptr_in 指定的位置；APP_Rx_ptr_out指明其數(shù)據(jù)取出 的位置，當(dāng) USB 到 FIFO 中取出數(shù)據(jù)時(shí)，起始地址由 APP_Rx_ptr_out 決定。

4.打開 VCP 項(xiàng)目，觀察其程序通信部分。當(dāng) USART 每接收到字節(jié)時(shí)，進(jìn)入 EVAL_COM_IRQHandler 函數(shù)，

調(diào)用 VCP_Tx(0,0)函數(shù)，將收到的字節(jié)存儲(chǔ)于 APP_Rx_Buffer[APP_Rx_ptr_in]中，在APP_Rx_Buffer 中的位置由 APP_Rx_ptr_in 指定。在VCP_Tx 函數(shù)中，

if(APP_Rx_ptr_in == APP_RX_DATA_SIZE)

{

APP_Rx_ptr_in = 0;

}

可以看到當(dāng)APP_Rx_ptr_in 達(dá)到 APP_RX_DATA_SIZE 時(shí)，將其置0，也就是在循環(huán)緩沖區(qū)中繞了一圈回到緩沖區(qū)起始地址。

5. 再來(lái)看 APP_Rx_Buffer是如何被 USB 取走，并送到上位機(jī)的。在 usbd_cdc_core.c中，我們?cè)?usbd_cdc_SOF 函數(shù)中看到：

if (FrameCount++ == CDC_IN_FRAME_INTERVAL)

{

FrameCount = 0; Handle_USBAsynchXfer(pdev);

}

可以看到，USB每CDC_IN_FRAME_INTERVAL個(gè)幀調(diào)用一次 Handle_USBAsynchXfer 到 APP_Rx_Buffer 中去取數(shù)據(jù)。CDC_IN_FRAME_INTERVAL 同樣定義在 usbd_conf.h 中，全速的時(shí)候，其值為5。在定義的這邊，我們可以看到：

APP_RX_DATA_SIZE*8/MAX_BAUDARATE*1000should be > CDC_IN_FRAME_INTERVAL

其目的是在于告訴我們APP_RX_DATA_SIZE、MAX_BAUDARATE 和 CDC_IN_FRAME_INTERVAL的關(guān)系，以 保證 APP_Rx_Buffer 是夠用不發(fā)生溢出。

6.接著看 Handle_USBAsynchXfer函數(shù)，同樣，我們可以看到：

if (APP_Rx_ptr_out == APP_RX_DATA_SIZE)

{

APP_Rx_ptr_out = 0;

}

也就是當(dāng)APP_Rx_ptr_out 達(dá)到 APP_RX_DATA_SIZE 時(shí)，將其置0，也就是在循環(huán)緩沖區(qū)中繞了一圈回到緩沖區(qū)起始地址。

if (APP_Rx_prt_out == APP_Rx_ptr_in)

{

USB_Tx_State = 0; return;

}

當(dāng) APP_Rx_prt_out 趕上 APP_Rx_ptr_in 時(shí)，證明 Buffer 里邊的數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送完畢，返回。再往下看：

if(APP_Rx_ptr_out > APP_Rx_ptr_in) /* rollback */

{

APP_Rx_length= APP_RX_DATA_SIZE - APP_Rx_ptr_out; //①

}

else

{

APP_Rx_length= APP_Rx_ptr_in - APP_Rx_ptr_out; //②

}

第1種情況為APP_Rx_ptr_out 比 APP_Rx_ptr_in 大，也就是說(shuō)APP_Rx_ptr_in 已經(jīng)繞了一圈，而 APP_Rx_ptr_out 還沒有繞一圈，比如下面情況：

這種情況下：APP_Rx_length 設(shè)置為 APP_Rx_ptr_out 當(dāng)前圈里還剩下數(shù)據(jù)長(zhǎng)度；

第②種情況為 APP_Rx_ptr_in 比APP_Rx_ptr_out 大，也就是 APP_Rx_ptr_in 和APP_Rx_ptr_out 處 于同一圈，于是數(shù)據(jù)情況比如下面情況：

這種情況下：APP_Rx_length 設(shè)置為 APP_Rx_ptr_in 減去 APP_Rx_ptr_out，即當(dāng)前所有數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。程序的后面就是對(duì)USB 包的設(shè)置，然后發(fā)送數(shù)據(jù)。

7.結(jié)合 EVAL_COM_IRQHandler和 Handle_USBAsynchXfer 函數(shù)對(duì) APP_Rx_Buffer的處理，我們可以發(fā)現(xiàn)， 有一種情況在程序中是沒有做處理的：

當(dāng) APP_Rx_ptr_in 繞了一圈回來(lái)，并追上 APP_Rx_ptr_out 時(shí)，這個(gè)時(shí)候，若 USART 繼續(xù)接收到數(shù)據(jù)，APP_Rx_ptr_in 指針繼續(xù)增長(zhǎng)， 就會(huì)造成新來(lái)的數(shù)據(jù)沖掉還沒被 USB 取走的舊數(shù)據(jù)。但是，目前ST官方提供的USB 庫(kù)的 VCP 例程是實(shí)時(shí)的。USART 收進(jìn)來(lái)，USB 就會(huì)取走送到上位機(jī)。而 且USB 將數(shù)據(jù)送往上位機(jī) 的速率是大于 USART 接收數(shù)據(jù)的速率的。換言之,它是不會(huì)發(fā)生這種情況的.

之前所分析的：

APP_RX_DATA_SIZE*8/MAX_BAUDARATE*1000should be > CDC_IN_FRAME_INTERVAL 這個(gè)要求，正是保證APP_Rx_Buffer 安全的重要條件。

8.至此，我們懷疑客戶并不是照搬VCP 例程，而是對(duì)其做了修改。拜訪客戶，了解到確實(shí)如此。客戶由于其應(yīng)用需要，將 VCP 程序拆成兩部分，先是用 USART 把所有的數(shù)據(jù)接收進(jìn)來(lái)，放到 RAM 中，然 后再將數(shù)據(jù)送到 APP_Rx_Buffer，由 USB 將數(shù)據(jù)送往上位機(jī)。這樣，問(wèn)題就來(lái)了，由于客戶 USART 先從外部接收到并保存于RAM 的數(shù)據(jù)大于 5Kbytes，而 CPU 將 RAM 中的數(shù)據(jù)搬往 APP_Rx_Buffer的 速率遠(yuǎn)大于 USB 將 APP_Rx_Buffer 送往上位機(jī)的速率。這樣就造成了APP_Rx_ptr_in 繞了一圈回來(lái) 追上 APP_Rx_ptr_out并造成溢出的情況，甚至可能是 APP_Rx_ptr_in 繞了幾圈，而 APP_Rx_ptr_out 卻還未開始動(dòng)，因?yàn)?USB 每 CDC_IN_FRAME_INTERVAL*1ms 才送一次數(shù)據(jù)。

9.建議客戶修改其程序，在將數(shù)據(jù)從 RAM 中搬往 APP_Rx_Buffer 的時(shí)候，不能采用原 VCP 例程中 USART 一樣的操作方式，也就是存一個(gè)字節(jié)到 APP_Rx_Buffer，APP_Rx_ptr_in 指針加 1，并繞圈。 新的程序需要在此基礎(chǔ)上判斷，當(dāng) APP_Rx_ptr_in 指針加1 后，若等于 APP_Rx_ptr_out，置 “APP_Rx_Buffer 滿”標(biāo)志位，并停止將 RAM 中的數(shù)據(jù)搬往 APP_Rx_Buffer。等 USB 從 APP_Rx_Buffer 中取走數(shù)據(jù)，再清“APP_Rx_Buffer 滿”標(biāo)志位，允許將 RAM 中的數(shù)據(jù)繼續(xù)搬往 APP_Rx_Buffer。

10.客戶修改程序，問(wèn)題解決。

結(jié)論：

修改 VCP 例程時(shí)，沒有對(duì) APP_Rx_Buffer 的操作有足夠的了解，造成在其特定應(yīng)用中產(chǎn)生了數(shù)據(jù)溢出問(wèn)題。

處理：

在將數(shù)據(jù)存入APP_Rx_Buffer 時(shí)，對(duì) APP_Rx_ptr_in 指針在循環(huán)緩沖區(qū)中繞一圈回來(lái)后，是否會(huì)追上APP_Rx_ptr_out 指針進(jìn)行監(jiān)控，以避免數(shù)據(jù)溢出。

建議：

在對(duì)例程進(jìn)行修改用來(lái)供自己的應(yīng)用使用的時(shí)候，我們不僅需要把接口看清楚，更需要把參考例程的原理流程和應(yīng)用背景看明白。

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后記：上面文檔分析得詳細(xì)，看懂了原理就好。整個(gè)過(guò)程可以抽象為一個(gè)生活實(shí)例。有個(gè)池子，一邊給池子里進(jìn)水，一邊取水，做到不溢出就好。如果進(jìn)水快，取水慢，中途不做任何監(jiān)控處理的話，池子再大也有溢出的時(shí)候。結(jié)合上面案例，存放數(shù)據(jù)指針折回并追上取出數(shù)據(jù)指針時(shí)就是溢出臨界點(diǎn)，此時(shí)緩沖區(qū)里全是待取走的數(shù)據(jù)，如果此時(shí)又來(lái)新數(shù)據(jù)自然出現(xiàn)覆蓋問(wèn)題。