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EL USB DESENCADENADO : CDC USB

 
 

Clase de dispositivos de comunicaciones

 
 

Cómo realizar un proyecto con el USB 2.0 (en formato CDC Communications Devices Class) Un PIC con USB 2.0 accesible mediante un puerto COM virtual.

Nota: Si no queréis leer nada sino que por el contrario aplicáis aquel principio que dice "Los read.me son para cobardes ¡Ejecuta!" podéis ir directamente a  Recursos, todo lo necesario.

 

 

 
PIC's, Hardware mínimo y Antecedentes varios.

 
  • Este proyecto es una implementación del ejemplo de CCS C ex_usb_serial2.c que ha sido mínimamente modificado para que funcione correctamente con Windows XP Profesional.

  • El hardware específico que he utilizado es el de la RRBOARD2 con el adaptador USB y la placa auxiliar RS232 x 2. Sin embargo ésta última no es necesaria ya que solo la uso para ir monitorizando lo que se recibe o envía por el USB. De todas formas abajo os muestro un esquema del hardware mínimo necesario para hacer funcionar este proyecto:


 

  • Todo lo que aquí se explica es aplicable a la familia de PIC's 18Fxx5x que son los que soportan el USB 2.0 (Documento 39632b.pdf de Microchip dedicado a los 18F2455-2550-4455-4550 de.pdfgar 7.912 Kbytes)

 
Descripción del proyecto.

  • Lo que pretendemos en este proyecto es implementar una comunicación bidireccional serie, Communications Devices Class, entre el PIC y cualquier Software del PC que use un puerto COM Serie estándar pero emulándolo vía USB 2.0 a full speed.

  • Vamos a realizar los ajustes necesarios en el Firmware del PIC para que sea reconocido por el Windows como un dispositivo Serie estándar y lo registre como un puerto COM Virtual. Como intermediario vamos a utilizar un recurso que nos provee Microchip: El Driver .inf para Windows mchpcdc.inf.

  • Para el firmware  vamos a utilizar como base el ejemplo y descriptor USB que trae como ejemplos el CCS C, adaptándolo a nuestras necesidades, fundamentalmente darles los VID&PID que espera encontrar el driver para Windows

  • De la parte del PC vamos a utilizar los programas de que disponemos para monitorizar un puerto COM serie estándar: O el HyperTerminal de Windows o Siow de CCS C.

  • En el PC es imprescindible instalar el Driver Windows mchpcdc.inf para Windows XP que nos ofrece Microchip, que nos va a servir de puente entre estos softwares con el canal USB del PC pero emulado como un puerto COM. Este .inf Es quien define los VID&PID que vamos a utilizar.

 
Firmware, Driver, Software y procedimientos de instalación.

  • <> Firmware para el PIC 18Fxx5x realizado en CCS C
  • Este firmware está compilado con el compilador PCH CCS C versión 3.242.
  • Las palabras clave y los puntos de interés de este firmware estan marcados en negrita.
  • El descriptor USB está incluido en el fichero rr2_USB_Monitor.h que aparece marcado en rojo. (Se incluye mas abajo)

#fuses HSPLL y PLL5

La frecuencia de oscilación necesaria para el USB 2.0 es de 48 Mhz. Como estamos utilizando en nuestro hardware un cristal de cuarzo de 20 Mhz necesitamos hacer uso del módulo PLL interno del PIC. Para ello utilizamos el fuse HSPLL. Como el módulo PLL requiere una oscilación de entrada de 4 Mhz debemos utilizar el divisor 1:5 indicado con el fuse PLL5 para obtener los 20:5 = 4 Mhz requeridos. (Para mas detalles consultar Consiguiendo 4 Mhz para los 48 Mhz necesarios en los PIC's con USB 2.0 en esta misma página)

#include rr2_USB_Cdc_Monitor.h

En el fichero rr2_usb_cdc_monitor.h, cargado con el correspondiente include, se definen las estructuras y parámetros necesarios para la conexión USB. Se discutirá su contenido un poco mas abajo donde además se muestra su contenido completo.

 
 
 
rr_usb_cdc_monitor.c
 
 
  /////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//// ////
//// rr2_usb_cdc_monitor.c ////
//// ////
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////

#include <18F4550.h>
#fuses HSPLL,NOWDT,NOPROTECT,NOLVP,NODEBUG,USBDIV,PLL5,CPUDIV1,VREGEN
#use delay(clock=48000000)

#include ".\include\usb_cdc.h"

#rom int 0xf00000={1,2,3,4}

void main() {

  BYTE i, j, address, value;

  delay_ms(300);
  usb_cdc_init();
  usb_init();
  while(!usb_cdc_connected()) {}

  do{
    usb_task();
    if (usb_enumerated()) {
      printf(usb_cdc_putc, "\r\n\nEEPROM:\r\n"); // Display contents of the first 64
      for(i=0; i<=3; ++i) { // bytes of the data EEPROM in hex
        for(j=0; j<=15; ++j) {
          printf(usb_cdc_putc, "%2x ", read_eeprom( i*16+j ) );
        }
        printf(usb_cdc_putc, "\n\r");
      }
      printf(usb_cdc_putc, "\r\nLocation to change: ");
      address = gethex_usb();
      printf(usb_cdc_putc, "\r\nNew value: ");
      value = gethex_usb();
      write_eeprom( address, value );
   }
 }while (TRUE);
}
 
 
 

 

 
 
  • El el fichero rr2_USB_Cdc_Monitor.h vamos a incluir las estructuras y parámetros necesarios para una correcta conexión con el driver del PC.
  • Es un tema absolutamente complejo e inacabable, muy propio de la gente de Microsoft, que debe adaptarse a la estructura que espera recibir el driver del Windows XP. Nosotros vamos a centrarnos únicamente en un par de puntos que generan la mayoría de las consultas que recibo: El concepto del VID&PID y la modificación de la tabla USB_STRING_DESC[].

VID&PID

El VID es un número de 16 bits que significa Vendor Identification o código que identifica al fabricante del hardware a conectar. En nuestro caso utilizamos el número 04D8h que identifica a Microchip.

El PID es un número de 16 bits que significa Product Identification o código que identifica al dispositivo en concreto hardware a conectar. En nuestro caso utilizamos el número 000Bh que identifica a la familia de los PIC18 de este fabricante.

Tened en cuenta que la conjunción de estos dos numeros VID&PID es la que nos va a servir para conectar con el Driver de Windows XP Cuando el S.O. conecte con nuestro firmware recibirá el VID&PID y buscará entre sus drivers instalados para encontrar el que corresponde a esta identificación, si no la encuentra nos preguntará sobre donde ha de buscar un driver adecuado y deberemos indicarle su ubicación. Este driver deberá estar configurado para conectar con un hardware cuyo VID&PID sea el mismo. No olvidad que el driver para puertos serie ya existe en Windows, aquí solo debemos darle el enlace con el .inf para que conecte correctamente con el firmware que tiene el PIC.

USB_STRING_DESC[].

La tabla USB_STRING_DESC contiene la descripción del dispositivo detectado por el Driver de Windows XP y que nos va a mostrar en la correspondiente entrada en la lista del Hardware Instalado en el Sistema.

Consta de dos partes o tablas, la propiamente dicha USB_STRING_DESC que contiene las descripciones requeridas y una tabla accesoria llamada USB_STRING_DESC_OFFSET  que contiene los offset, o desplazamientos con respecto al inicio de USB_STRING_DESC en donde se encuentran las correspondientes cadenas. Ambas constan de tres elementos cada una de ellas.

USB_STRING_DESC_OFFSET  tiene tres números que indican cada uno de ellos donde comienza el correspondiente dato en la tabla USB_STRING_DESC. Así un contenido de {0,4,12} nos dice que que el primer string comienza en el byte 0, el segundo en el byte 4 y el tercero se encuentra a partir del byte número 12. Si cambiamos la longitud de cualquiera de los strings  deberemos reordenar esta tabla correspondientemente con solo contar los caracteres y apuntar en esta tabla el número de byte donde comienza cada uno de ellos.

USB_STRING_DESC contiene los tres strings en concreto que deseamos transmitir con el descriptor USB. Cada uno de ellos tiene la misma estructura que consta de un primer byte que indica la longitud total de la correspondiente cadena, un segundo byte que indica el tipo de dato que viene a continuación y por último tantos bytes como sean necesarios como contenido del string.

El primer dato de esta tabla es:

4, USB_DES_STRING_TYPE, 0x09, 0x04
que puede leerse como 4 : Longitud en bytes del dato incluido él mismo. USB_DES_STRING_TYPE que es una constante cuyo valor e 3 y que dice que lo que sigue es un string. Y 0x09, 0x04 que le indica al Windows que los strings que siguen están escritos en  correcto ingles americano (US-English)

Los dos siguientes datos son los dos strings que definen nuestro dispositivo y cuya estructura es idéntica al caso anterior:

8, USB_DES_STRING_TYPE, 'R', 0, 'R', 0, '2', 0
que define el string el nombre "RR2" de mis Hardware. Total 8 bytes ya que "RR2" se codifica añadiendo un 0x00 tras cada uno de los caracteres.

Y
22, USB_DESC_STRING_TYPE,  'R', 0, 'e', 0, 'd', 0, 'P', 0, 'i', 0, 'c', 0, ' ', 0, 'U', 0, 'S', 0, 'B', 0 que define el nombre de mi dispositivo como "RedPic USB"

 
 
 
rr2_USB_Cdc_Monitor.h
 
 
  ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//// usb_desc_cdc.h ////
//// ////
//// An example set of device / configuration descriptors for use with ////
//// CCS's CDC Virtual COM Port driver (see usb_cdc.h) ////
//// ////
//// Two examples are provided: ////
//// ex_usb_serial.c ////
//// ex_usb_serial2.c ////
//// ////
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//// ////
//// Version History: ////
//// ////
//// 10/28/05: ////
//// Bulk endpoint sizes updated to allow more than 255 byte ////
//// packets. ////
//// Changed device to USB 1.10 ////
//// ////
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//// (C) Copyright 1996,2005 Custom Computer Services ////
//// This source code may only be used by licensed users of the CCS ////
//// C compiler. This source code may only be distributed to other ////
//// licensed users of the CCS C compiler. No other use, ////
//// reproduction or distribution is permitted without written ////
//// permission. Derivative programs created using this software ////
//// in object code form are not restricted in any way. ////
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////

#IFNDEF __USB_DESCRIPTORS__
#DEFINE __USB_DESCRIPTORS__

#include <usb.h>


//////////////////////////////////////////////////////////////////
///
/// start config descriptor
/// right now we only support one configuration descriptor.
/// the config, interface, class, and endpoint goes into this array.
///
//////////////////////////////////////////////////////////////////

#DEFINE USB_TOTAL_CONFIG_LEN 67 //config+interface+class+endpoint+endpoint (2 endpoints)

const char USB_CONFIG_DESC[] = {
//IN ORDER TO COMPLY WITH WINDOWS HOSTS, THE ORDER OF THIS ARRAY MUST BE:
// config(s)
// interface(s)
// class(es)
// endpoint(s)

//config_descriptor for config index 1
USB_DESC_CONFIG_LEN, //length of descriptor size ==0
USB_DESC_CONFIG_TYPE, //constant CONFIGURATION (CONFIGURATION 0x02) ==1
USB_TOTAL_CONFIG_LEN,0, //size of all data returned for this config ==2,3
2, //number of interfaces this device supports ==4
0x01, //identifier for this configuration. (IF we had more than one configurations) ==5
0x00, //index of string descriptor for this configuration ==6
0xC0, //bit 6=1 if self powered, bit 5=1 if supports remote wakeup (we don't), bits 0-4 unused and bit7=1 ==7
0x32, //maximum bus power required (maximum milliamperes/2) (0x32 = 100mA) ==8

//interface descriptor 0 (comm class interface)
USB_DESC_INTERFACE_LEN, //length of descriptor =9
USB_DESC_INTERFACE_TYPE, //constant INTERFACE (INTERFACE 0x04) =10
0x00, //number defining this interface (IF we had more than one interface) ==11
0x00, //alternate setting ==12
1, //number of endpoints ==13
0x02, //class code, 02 = Comm Interface Class ==14
0x02, //subclass code, 2 = Abstract ==15
0x01, //protocol code, 1 = v.25ter ==16
0x00, //index of string descriptor for interface ==17

//class descriptor [functional header]
5, //length of descriptor ==18
0x24, //dscriptor type (0x24 == ) ==19
0, //sub type (0=functional header) ==20
0x10,0x01, // ==21,22 //cdc version

//class descriptor [acm header]
4, //length of descriptor ==23
0x24, //dscriptor type (0x24 == ) ==24
2, //sub type (2=ACM) ==25
2, //capabilities ==26 //we support Set_Line_Coding, Set_Control_Line_State, Get_Line_Coding, and the notification Serial_State.

//class descriptor [union header]
5, //length of descriptor ==27
0x24, //dscriptor type (0x24 == ) ==28
6, //sub type (6=union) ==29
0, //master intf ==30 //The interface number of the Communication or Dat a Cl ass interface, designated as the masteror controlling interface for the union.
1, //save intf0 ==31 //Interface number of first slave or associated interface in the union. *

//class descriptor [call mgmt header]
5, //length of descriptor ==32
0x24, //dscriptor type (0x24 == ) ==33
1, //sub type (1=call mgmt) ==34
0, //capabilities ==35 //device does not handle call management itself
1, //data interface ==36 //interface number of data class interface

//endpoint descriptor
USB_DESC_ENDPOINT_LEN, //length of descriptor ==37
USB_DESC_ENDPOINT_TYPE, //constant ENDPOINT (ENDPOINT 0x05) ==38
USB_CDC_COMM_IN_ENDPOINT | 0x80, //endpoint number and direction
0x03, //transfer type supported (0x03 is interrupt) ==40
USB_CDC_COMM_IN_SIZE,0x00, //maximum packet size supported ==41,42
250, //polling interval, in ms. (cant be smaller than 10) ==43

//interface descriptor 1 (data class interface)
USB_DESC_INTERFACE_LEN, //length of descriptor =44
USB_DESC_INTERFACE_TYPE, //constant INTERFACE (INTERFACE 0x04) =45
0x01, //number defining this interface (IF we had more than one interface) ==46
0x00, //alternate setting ==47
2, //number of endpoints ==48
0x0A, //class code, 0A = Data Interface Class ==49
0x00, //subclass code ==50
0x00, //protocol code ==51
0x00, //index of string descriptor for interface ==52

//endpoint descriptor
USB_DESC_ENDPOINT_LEN, //length of descriptor ==60
USB_DESC_ENDPOINT_TYPE, //constant ENDPOINT (ENDPOINT 0x05) ==61
USB_CDC_DATA_OUT_ENDPOINT, //endpoint number and direction (0x02 = EP2 OUT) ==62
0x02, //transfer type supported (0x02 is bulk) ==63
// make8(USB_CDC_DATA_OUT_SIZE,0),make8(USB_CDC_DATA_OUT_SIZE,1), //maximum packet size supported ==64, 65
USB_CDC_DATA_OUT_SIZE & 0xFF, (USB_CDC_DATA_OUT_SIZE >> 8) & 0xFF, //maximum packet size supported ==64, 65
250, //polling interval, in ms. (cant be smaller than 10) ==66

//endpoint descriptor
USB_DESC_ENDPOINT_LEN, //length of descriptor ==53
USB_DESC_ENDPOINT_TYPE, //constant ENDPOINT (ENDPOINT 0x05) ==54
USB_CDC_DATA_IN_ENDPOINT | 0x80, //endpoint number and direction (0x82 = EP2 IN) ==55
0x02, //transfer type supported (0x02 is bulk) ==56
// make8(USB_CDC_DATA_IN_SIZE,0),make8(USB_CDC_DATA_IN_SIZE,1), //maximum packet size supported ==57, 58
USB_CDC_DATA_IN_SIZE & 0xFF, (USB_CDC_DATA_IN_SIZE >> 8) & 0xFF, //maximum packet size supported ==64, 65
250, //polling interval, in ms. (cant be smaller than 10) ==59
};

//****** BEGIN CONFIG DESCRIPTOR LOOKUP TABLES ********
//since we can't make pointers to constants in certain pic16s, this is an offset table to find
// a specific descriptor in the above table.

//the maximum number of interfaces seen on any config
//for example, if config 1 has 1 interface and config 2 has 2 interfaces you must define this as 2
#define USB_MAX_NUM_INTERFACES 2

//define how many interfaces there are per config. [0] is the first config, etc.
const char USB_NUM_INTERFACES[USB_NUM_CONFIGURATIONS]={2};

//define where to find class descriptors
//first dimension is the config number
//second dimension specifies which interface
//last dimension specifies which class in this interface to get, but most will only have 1 class per interface
//if a class descriptor is not valid, set the value to 0xFFFF
const int16 USB_CLASS_DESCRIPTORS[USB_NUM_CONFIGURATIONS][USB_MAX_NUM_INTERFACES][4]=
{
//config 1
//interface 0
//class 1-4
18,23,27,32,
//interface 1
//no classes for this interface
0xFFFF,0xFFFF,0xFFFF,0xFFFF
};

#if (sizeof(USB_CONFIG_DESC) != USB_TOTAL_CONFIG_LEN)
#error USB_TOTAL_CONFIG_LEN not defined correctly
#endif

//////////////////////////////////////////////////////////////////
///
/// start device descriptors
///
//////////////////////////////////////////////////////////////////

//device descriptor
char const USB_DEVICE_DESC[USB_DESC_DEVICE_LEN] ={
USB_DESC_DEVICE_LEN, //the length of this report
0x01, //constant DEVICE (0x01)
0x10,0x01, //usb version in bcd
0x02, //class code. 0x02=Communication Device Class ==4
0x00, //subclass code
0x00, //protocol code
USB_MAX_EP0_PACKET_LENGTH, //max packet size for endpoint 0. (SLOW SPEED SPECIFIES 8)
0xD8,0x04, //vendor id (0x04D8 is Microchip)
0x0A,0x00, //product id

0x01,0x00, //device release number
0x01, //index of string description of manufacturer. therefore we point to string_1 array (see below)
0x02, //index of string descriptor of the product
0x00, //index of string descriptor of serial number
USB_NUM_CONFIGURATIONS //number of possible configurations
};

//////////////////////////////////////////////////////////////////
///
/// start string descriptors
/// String 0 is a special language string, and must be defined. People in U.S.A. can leave this alone.
///
/// You must define the length else get_next_string_character() will not see the string
/// Current code only supports 10 strings (0 thru 9)
///
//////////////////////////////////////////////////////////////////

//the offset of the starting location of each string.
//offset[0] is the start of string 0, offset[1] is the start of string 1, etc.
const char USB_STRING_DESC_OFFSET[]={0,4,12};

#define USB_STRING_DESC_COUNT sizeof(USB_STRING_DESC_OFFSET)

char const USB_STRING_DESC[]={
//string 0
4, //length of string index
USB_DESC_STRING_TYPE, //descriptor type 0x03 (STRING)
0x09,0x04, //Microsoft Defined for US-English
//string 1 --> la compañia del producto ???
8, //length of string index
USB_DESC_STRING_TYPE, //descriptor type 0x03 (STRING)
'R',0,
'R',0,
'2',0,
//string 2 --> nombre del dispositivo
22, //length of string index
USB_DESC_STRING_TYPE, //descriptor type 0x03 (STRING)
'R',0,
'e',0,
'd',0,
'P',0,
'i',0,
'c',0,
' ',0,
'U',0,
'S',0,
'B',0

};
#ENDIF
   
 
 

 

 
 
 
  • Antes de conectar nuestro PIC al PC vamos a empezar por darle a éste la información necesaria para que lo detecte correctamente cuando procedamos a conectarlo. Para ello abriremos un explorador de Windows y encontraremos la ubicación del fichero que nos provee Microchip y que se llama mchpcdc.inf. Haremos Click con el botón derecho del ratón y elegiremos la opción Instalar del menú desplegable.
     


 

  • Tened en cuenta que esto no produce resultado visible alguno en nuestro PC (la procesión va por dentro) Tras haber realizado esta operación podremos continuar.
  • Con el Hardware correctamente montado, con su firmware debidamente programado en él y con su cable USB conectando ambos, el PIC y el PC es cuando el Sistema Operativo Windows lo detectará recibiendo su VID&PID y buscará entre sus drivers instalados para encontrar el que corresponde a esa identificación, si no la encuentra nos preguntará sobre donde ha de buscar un driver adecuado y entonces deberemos indicarle su ubicación:


 


 


 


 


 


 


 


 

 
  • <> Software Monitor Siow de CCS C ó Hyperterminal de Windows

Abriendo ahora cualquier programa monitor del puerto serie podremos ponernos en contacto con nuestro PIC. Solo debemos seleccionar el COMK recién instalado como Puerto COM Virtual:


 

 
Recursos, todo lo necesario.

 

Aquí tenéis todo los necesario para este proyecto: El Firmware para el 18F4550, .hex y el .c para el CCS C, y El .inf Driver USB 2.0 emulación COM de Microchip para instalar en vuestro Windows XP.
 
 

Nota: RRUSB_Complete_zip incluye también los recursos para los demás métodos de conexión USB descritos en El USB desencadenado
 

 
Enlaces imprescindibles.

 
 
 

 

Esta página se modificó el 27/12/2008


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