芯耀
与非AI
144
在MCU项目开发过程中，开发者常使用UART串口来打印调试信息。然而，当项目变得复杂时，UART方案会面临线缆繁多、资源占用大以及带宽有限等问题。因此，开发者会寻求更优的解决方案，例如利用USB的特性，实现数据传输和日志打印的统一，仅通过一根线缆即可完成。
本应用笔记主要介绍如何利用APM32F402/F403芯片的USBOTG功能，将其配置为一个“复合设备(CompositeDevice)”，使其同时支持WinUSB（用于高速数据传输）和CDC（虚拟串口，用于日志输出）两个接口。通过这种方式，仅需一根USB数据线，便可同时实现供电、数据交换和调试日志输出，实现“一线三用”的便捷开发体验。
例如，一个数据记录器(DataLogger)需要实时或定期采集传感器数据（如压力、流量、震动等）。现场维护人员可以通过笔记本电脑与设备建立WinUSB通道，高速下载大量的历史数据；同时，调试工程师可以在终端软件中打开CDC虚拟串口，实时查看MCU的运行状态或告警信息。整个过程仅需一根USB线，简化了物理连接，且不影响高带宽的数据传输。
| 传统UART串口缺点 | USB CDC虚拟串口优势 |
|---|---|
| 带宽不足：常见的115200bps波特率在数据量大时可能成为瓶颈 | 更高的传输速率：理论速率远高于常规UART |
| 需要额外转接：如果开发板仅提供TTL电平接口，则必须配备额外的USB转TTL线缆 | 接线简洁：一根USB线即可同时负责供电、数据传输和调试 |
| 接线繁琐：电源线、调试线和串口线交织在一起，容易造成混乱 | 灵活性高：CDC可以与其他USB功能作为复合设备共存，互不干扰 |
“USB复合设备”是指在同一个物理USB接口上，通过配置描述符来开启多个逻辑功能接口。一个典型的组合如下：
- CDC接口（虚拟串口）：用于输出调试日志。
- WinUSB接口（自定义协议）：用于与上位机程序进行高速数据交互。
- 其他接口：根据需求，还可以加入HID（人机接口设备）、MSC（大容量存储，U盘模拟）、Audio（音频设备）等。
针对APM32F402，极海官方提供了名为OTGD_Composite_CDC_WINUSB的例程。该例程已预先配置好复合设备的描述符和端点分配，开发者只需在其基础上进行少量修改，即可将printf函数的输出重定向至CDC虚拟串口，且不影响原有的WinUSB数据通道。
在MDK、IAR等编译环境中，C库函数printf的底层实现依赖于fputc()或_write()这类函数。只需重写这个底层函数，将其输出目标从默认的UART更改为USB CDC发送函数即可。为了避免频繁调用USB发送函数（逐字符发送效率低下），可以引入一个静态缓冲区。将待发送的字符先存入缓冲区，当缓冲区满或遇到换行符\n时，再将整个缓冲区的数据通过USB一次性发送出去。
