Programa - Comunicação USB

Umas das facilidades desta arquitetura é a facilidade em desenvolver aplicações envolvendo comunicação USB. Neste tutorial são mostrados os passos para implementar a comunicação USB via CDC (Communications Device Class). São usados a placa FRDM-KL25Z com sistema operacional Windows 10. Esta implementação foi testada com máquinas reais e virtuais com êxito. Este tutorial foi baseado em (MCUONECLIPSE, 2016).

OBS.: tentativas anteriores usando Linux falharam, é algo que está sendo investigado.

1. Criando projeto

     Com o projeto já criado (veja em Criando um projeto) adicione o componente FSL_USB_stack. Durante o processo de adição o aplicativo irá perguntar sobre a adição de outros componentes necessários para a implementação, neste caso o aplicativo está pedindo para adicionar uma nova seção crítica ou usar uma já existente. Como é o primeiro componente então é possível escolher a seção CS1, como visto na Fig. 1. Nos próximos componentes é recomendado criar novas seções.

Figura 1. Adicionando seções críticas.

Fonte: Elaborado pelo autor.

    Além do stack USB também é necessário adicionar os componentes WAIT e UTILITY. Após adicionar os componentes, a janela Components ficará como na fig. 2. A fig. 2 mostra os componentes adicionados e ressalta que existem erros de configuração no componente USB. Isto ocorre sempre que ele é adicionado e é necessário configurá-lo adequadamente.

Figura 2. Componentes do projeto.

Fonte: Elaborado pelo autor.

2. Configurando o Clock do MCU

    Para acessar as configurações do clock do MCU é necessário executar dois cliques no MCU da janela Components, como mostrado na fig. 3.

Figura 3. configurações de clock.

Fonte: Elaborado pelo autor.

    Na aba System oscillator 0, o usuário deve habilitar a opção System oscillator 0 e em seguida, na aba Clock source settings o usuário configurar o modo de funcionamento do clock do MCU. Rolando a página o usuário tem acesso às configurações de clock, onde o usuário deve alterar o modo do MCG para PEE e selecionar a frequência de saída para 96 MHz, como visto na fig. 4.

Figura 4. selecionando a frequência de saída.

Fonte: Elaborado pelo autor.

    Fazendo estas seleções o Component Inspector vai exibir alguns erros na aba Clock configurations, onde o usuário deve selecionar as frequências adequadamente como mostrado na fig. 5.

Figura 5. configurações de clock.

Fonte: Elaborado pelo autor.

3. Configurando o componente USB

    Executando um duplo clique no componente USB, o Component inspector exibe o componente USB em detalhes, como visto na fig. 6. A janela mostra, além de outra configurações, as classes de dispositivos USB que podem ser implementados com este componente. Também é mostrado o que falta ser configurado neste componente. 

Figura 6. Componentes do projeto.

Fonte: Elaborado pelo autor.

Expandindo o objeto, como na fig. 6, o component inspector exibe a janela vista na fig. 7, a qual exibe aba de configurações. Nesta janela é necessário selecionar a CPU, que neste caso é a KL25Z48, ao selecionar a CPU os erros devem ser resolvidos.

Figura 7. Selecionando a CPU.

Fonte: Elaborado pelo autor.

    Para finalizar a configuração da USB, é necessário habilitar o módulo. No component inspector, selecione o componente USB0, dentro do grupo USB1. Como mostrado na Fig. 8, habilite o módulo no combo Clock gate e na aba Clock Settings, no combo Module clock source selecione a opção PLL/FLL clock. Com estas configurações o PE exibirá, logo abaixo do combo anterior, a informação da frequência atribuída ao módulo USB.

Figura 8. Habilitando a porta USB.

Fonte: Elaborado pelo autor.

4. Adicionando o código

Com os componentes adicionados e configurados é necessário adicionar o código para processar os eventos gerados pelo driver CDC da USB. O trecho de código abaixo pode ser adicionado ao corpo do arquivo main.c, logo após os includes.

CÓDIGO

static uint8_t cdc_buffer[USB1_DATA_BUFF_SIZE];

static uint8_t in_buffer[USB1_DATA_BUFF_SIZE];

static void CDC_Run(void) {

int i, cnt = 0;

uint32_t val = 0;

unsigned char buf[16];

for (;;) {

while (CDC1_App_Task(cdc_buffer, sizeof(cdc_buffer)) == ERR_BUSOFF) {

/* device not enumerated */

WAIT1_Waitms(10);

}

if (CDC1_GetCharsInRxBuf() != 0 && CDC1_App_Task(cdc_buffer, sizeof(cdc_buffer)) == ERR_OK) {

i = CDC1_GetCharsInRxBuf();

i = 0;

while (i < sizeof(in_buffer) - 1

&& CDC1_GetChar(&in_buffer[i]) == ERR_OK) {

i++;

}

in_buffer[i] = '\0';

(void) CDC1_SendString((unsigned char*) "echo: ");

(void) CDC1_SendString(in_buffer);

UTIL1_strcpy(buf, sizeof(buf), (unsigned char*) "val: ");

UTIL1_strcatNum32u(buf, sizeof(buf), val);

UTIL1_strcat(buf, sizeof(buf), (unsigned char*) "\r\n");

(void) CDC1_SendString(buf);

val++;

} else {

WAIT1_Waitms(10);

cnt++;

if ((cnt % 1024) == 0) { /* from time to time, write some text */

(void) CDC1_SendString(

(unsigned char*) "Type some text and it will echo.\r\n");

CDC1_SendBlock((unsigned char*) "hello?\r\n",

sizeof("hello?\r\n") - 1);

}

}

}

}

    Em seguida, na rotina main, deve ser adicionado a chamada ao procedimento que foi adicionado no trecho acima. O trecho abaixo mostra como o código da rotina main deve ficar.

CÓDIGO

int main(void)

/*lint -restore Enable MISRA rule (6.3) checking. */

{

/* Write your local variable definition here */

/*** Processor Expert internal initialization. DON'T REMOVE THIS CODE!!! ***/

PE_low_level_init();

/*** End of Processor Expert internal initialization.                    ***/

/* Write your code here */

/* For example: for(;;) { } */

CDC_Run();

/*** Don't write any code pass this line, or it will be deleted during code generation. ***/

  /*** RTOS startup code. Macro PEX_RTOS_START is defined by the RTOS component. DON'T MODIFY THIS CODE!!! ***/

  #ifdef PEX_RTOS_START

    PEX_RTOS_START();                  /* Startup of the selected RTOS. Macro is defined by the RTOS component. */

  #endif

  /*** End of RTOS startup code.  ***/

  /*** Processor Expert end of main routine. DON'T MODIFY THIS CODE!!! ***/

  for(;;){}

  /*** Processor Expert end of main routine. DON'T WRITE CODE BELOW!!! ***/

} /*** End of main routine. DO NOT MODIFY THIS TEXT!!! ***/

Com o código adicionado, basta compilar a aplicação de descarregá-la na placa.

5. Testando o código

    Antes de executar o código o usuário deve conectar a segunda USB ao computador para que o mesmo a identifique. Com a porta identificada o teste é realizado com o uso de algum programa terminal como mostra a fig. 8. Pode ser visto que existem duas portas, uma do OpenSda, usada para depuração e a segunda porta (COM4), criada pela execução da aplicação.

Figura 8. realizando a Conexão.

Fonte: Elaborado pelo autor.

    Com a conexão aberta, a placa enviará a mensagem vista na fig. 9 dentro de alguns segundos, se o usuário não pressionar nenhuma tecla no PC. o Usuário pode digitar algumas teclas ou colar uma palavra e a placa receberá estes caracteres e  enviará novamente para a tela do terminal.

Figura 9. Testando a aplicação.

Fonte: Elaborado pelo autor.

    A explicação do código será feita em aula.

Bons projetos!!!

Referências: 

 MCUONECLIPSE. USB CDC with the FRDM-K64F, finally!, 2016. Disponível em : <https://mcuoneclipse.com/2014/10/25/usb-cdc-with-the-frdm-k64f-finally/>. Acesso em 10de Julho de 2016.

Autor: Júlio César M. Ruzicki Eng.