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在嵌入式系统中，异步串行通信接口往往作为标准外设出现在单片机和嵌入式系统中。但是随着个人计算机通用外围设备越来越少地使用串口，串口正在逐渐从个人计算机特别是便携式电脑上消失。于是嵌入式开发人员常常发现自己新买来的计算机上没有串口，或者出现调试现场用户的计算机没有串口的尴尬局面。本文所要实现的USB CDC类，当用户将设备通过USB口连接到个人计算机后，在操作系统中表现为一个串口设备，这意味着USB接口对于传统的串口调试工具和用户基于串口的应用程序是透明的，开发人员完全不用更改PC端的调试和应用程序。
一、USB接口
通用串行总线(Universal Serial Bus USB），是一种快速、灵活的总线接口。与其它通信接口比较，USB接口的最大特点是易于使用，这也是USB的主要设计目标。作为一种高速总线接口，USB适用于多种设备，如数码相机、MP3播放机、高速数据采集设备等。易于使用还表现在USB接口支持热插拔，并且所有的配置过程都由系统自动完成，无需用户干预。USB接口支持1.5Mb/s(低速)、12Mb/s(全速)和高达480Mb/s(USB 2.0规范)的数据传输速率，扣除用于总线状态、控制和错误监测等的数据传输，USB的最大理论传输速率仍达1.2Mb/s或9.6Mb/s，远高于一般的串行总线接口。
USB提供了四中传输方式：控制传输；同步传输；中断传输；批传输。它们在数据格式、传输方向、数据包容量限制、总线访问限制等方面有着各自不同的特征：
控制传输（Control Transfer）
1. 通常用于配置、命令、状态等情形；
2. 其中的设置操作（setup）和状态操作（status）的数据包具有USB定义的结构，因此控制传输只能通过消息管道进行；
3. 支持双向传输；
4. 对与高速设备，允许数据包最大容量为8，16，32或64字节，对于低速设备只有8字节一种选择；
5. 端点不能指定总线访问的频率和占用总线的时间，USB系统软件会做出限制；
6. 具有数据传输保证，在必要时可以重试。
同步传输（Isochronous Transfer）
1. 是一种周期的、连续的传输方式，通常用于与时间有密切关系的信息的传输；
2. 数据没有USB定义的结构（数据流管道）；
3. 单向传输，如果一个外设需要双向传输，则必须使用另一个端点；
4. 只能用于高速设备，数据包的最大容量可以从0到1023个字节；
5. 具有带宽保证，并且保持数据传输的速率恒定（每个同步管道每帧传输一个数据包）；
6. 没有数据重发机制，要求具有一定的容错性；
7. 与中断方式一起，占用总线的时间不得超过一帧的90％。
中断传输（Interrupt Transfer）
1. 用于非周期的、自然发生的、数据量很小的信息的传输，如键盘、鼠标等。
2. 数据没有USB定义的结构（数据流管道）；
3. 只有输入这一种传输方式（即外设到主机）；
4. 对于高速设备，允许数据包最大容量为小于或等于64字节，对于低速设备只能小于或等于8字节；
5. 具有最大服务周期保证，即在规定时间内保证有一次数据传输；
6. 与同步方式一起，占用总线的时间不得超过一帧的90％；
7. 具有数据传输保证，在不要时可以重试。
批传输（Bulk Transfer）
1. 用于大量的、对时间没有要求的数据传输；
2. 数据没有USB定义的结构（数据流管道）；
3. 单向传输，如果一个外设需要双向传输，则必须使用另一个端点；
4. 只能用于高速设备，允许数据包最大容量为8，16，32或64字节；
5. 没有带宽的保证，只要有总线空闲，就允许传输数据（优先级小于控制传输）；
6. 具有数据传输保证，在必要时可以重试，以保证数据的准确性。
本文将要介绍的CDC是基于第一种方式实现，同时，基于CDC类实现的USB虚拟串口的通信方式，不但省去了开发USB驱动的麻烦，更重要的是解决了因主机（通常为PC）设备与便携式设备因无标准串口而无法通信的尴尬，从而为主机设备与便携式设备通信提供了一种更好的解决方法。下面笔者将详细介绍其实现方法。
二、硬件连接
图1 USB连接原理图
USB接口的硬件连接原理图如：图1所示，读者在参考时，只需按图-1中所示连接即可。其中有几点需要说明以下，以便读者理解。
（1）XS2扁平座上的4个与USB有关的信号，在图-1中给出：VBUS向外提供+5V电源，DGND是地线，DDP（D+）和DDM（D-）是差分数据线对。这4个信号是对外的接口，而此扁平座除了USB信号线接口，还包括了其他信号接口如：JTAG调试、RS232等。为此，笔者为读者提供了一种简便的调试方法：读者可以找一根USB线，将B型插头端拆开，将看到红（VBUS）、白（D-）、绿（D+）、黑（GND）4条线，将这4条线分别一一对应与XS2上的4个信号线相连接，并将A型插头插到PC端A型插座即可。当然，读者也可以在实际的应用中，将上面提到的XS2上的相关USB信号线做成标准的B型插座。
（2）在图-1所示的图中，我们可以看到DDP（D+）信号线上连接了1.5K的上拉电阻，在ATMEL的参考原理图上，其是连接在一I/O口上，通过配置I/0口来控制的。而通过笔者实践，直接将其连接到3.3V上也是可行的。其主要作用是为PNP信号识别。
三、软件实现
（1）首先我们先看CDC类的设备描述符，详细的描述读者可以参看USB协议规范，在此笔者直接给出其描述文件，并做简要的说明。
const char devDescriptor[] = {
/* 设备描述 */
0x12, // 长度
0x01, // 描述类型
0x10, // bcdUSBL
0x01, //
0x02, //CDC类
0x00, // CDC子类
0x00, // CDC设备协议
0x08, //包最大字节数
0xEB, // idVendorL
0x03, //
0x24, //厂商代码低位
0x61, //厂商代码高位
0x10, //
0x01, //
0x00, //
0x00, //
0x00, //
0x01 //
};
在此设备描述符里，需要注意厂商代码，因为，在USB设备枚举时，需要根据此来选择适合设备自身的驱动程序，读者不必担心，此驱动Atmel公司已经提供，后面将会介绍。
（2）USB设备的初始化函数，主要设置USB设备需要的时钟、CDC结构初始化等工作。
void AT91F_USB_Open(void)
{
AT91C_BASE_CKGR->CKGR_PLLR |= AT91C_CKGR_USBDIV_1 ;
// 使能 48MHz USB 时钟UDPCK 和系统外部USB时钟
AT91C_BASE_PMC->PMC_SCER = AT91C_PMC_UDP;
AT91C_BASE_PMC->PMC_PCER = (1 << AT91C_ID_UDP);
// CDC结构初始化
AT91F_CDC_Open(&pCDC, AT91C_BASE_UDP);
}
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