嵌入式开发--STM32G431的USB设备掉线检测--设备端

问题描述

STM32开发USB设备，一般是将其模拟为CDC设备，也就是虚拟串口设备Vitual Port Com，如果在使用的过程中设备掉线了，通讯也就中断了。

解决方案

如何检测自身与电脑的连接是否正常呢？

方案1 检测VBUS

可以通过VBUS检测电压，当检测不到VBUS电压时，会触发中断，通过检测这个中断就可以判断设备是否掉线了。这个是硬件检测，系统开销比较小。

方案2 分压电路

也可以搭一个分压电路，另用一个引脚检测分压电路的下降沿。
但是方案1和方案2都是检测5V电压的，如果USB的差分线短路导致设备连接失败的话，是检测不了的。

方案3 SOF检测

STM32G431是不支持VBUS检测的，这时我们可以通过帧首包SOF(start of frame）来实现。对于USB的差分信号线故障造成的断连，也可以检测出来。安全性是最好的，但是系统开销会增大。

USB主设备会定时发送SOF包，全速设备是1ms，高速设备是125us，持续不断的发送信号出来。同时STM32的USB支持包，会检测SOF，并输出中断。我们只需要响应这个中断，并记录收到SOF包的时间即可。

在任何时刻都可以查询这个时间，如果一旦超时，就可以认为USB设备掉线，这时可以重启USB模块，重新进行连接。

使能USB模块，并开启SOF

中间件的设置

开启中间件的支持，并选择CDC设备

增加堆栈的长度

这一步非常重要，否则会在设备管理器中出现感叹号，一般0x400和0x800就够了，我习惯设大一点，放心。

代码

在usb_conf.c文件中，需要做修改，我增加的代码，都有中文注释

void HAL_PCD_SetupStageCallback(PCD_HandleTypeDef *hpcd)
{
  /* USER CODE BEGIN HAL_PCD_SetupStageCallback_PreTreatment */

  /* USER CODE END  HAL_PCD_SetupStageCallback_PreTreatment */
  USBD_LL_SetupStage((USBD_HandleTypeDef*)hpcd->pData, (uint8_t *)hpcd->Setup);
  /* USER CODE BEGIN HAL_PCD_SetupStageCallback_PostTreatment */
  LED1(1); 					//点亮LED
  usb_enum_ok_flag = 1;		//枚举成功的标志
  /* USER CODE END  HAL_PCD_SetupStageCallback_PostTreatment */
}

void HAL_PCD_SOFCallback(PCD_HandleTypeDef *hpcd)
{
  /* USER CODE BEGIN HAL_PCD_SOFCallback_PreTreatment */

  /* USER CODE END HAL_PCD_SOFCallback_PreTreatment */
  USBD_LL_SOF((USBD_HandleTypeDef*)hpcd->pData);
  /* USER CODE BEGIN HAL_PCD_SOFCallback_PostTreatment */
  
  //会每1ms进一次这个中断，增加系统开销
  last_sof_time = HAL_GetTick();	//记录最后一次收到SOF的时间

  /* USER CODE END HAL_PCD_SOFCallback_PostTreatment */
}

void Check_USB_Connection()
{
  u32 offset;
  
  offset = HAL_GetTick();
  if((offset - last_sof_time) > 100) // 正常应为1或0，以100ms作为超时时间
  {
    // USB连接可能已断开
    LED1(0);
    LL_usb_reload();	//重启USB模块
  }
}

//重新初始化
void LL_usb_reload(void)  
{
  __HAL_RCC_USB_FORCE_RESET();
  delay_us(1);
  __HAL_RCC_USB_RELEASE_RESET();

  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_12;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLDOWN;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_RESET);
  HAL_Delay(300);    
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_SET);
  HAL_Delay(300);    
  
  MX_USB_Device_Init();
  HAL_Delay(300);    
}

最后，在主程序中运行

Check_USB_Connection();

运行现象

正常工作时，LED1会亮。

设备拔掉，或人为模拟USB差分线故障，比如短路USB的2根信号线时时，LED会灭。
这时程序会不停的尝试重启USB模块，并连接主机。如果成功后，LED会点亮。