分享基于安富莱ThreadX全家桶2.0版本实现的USBX CDC ACM+PPP连接服务器

水水水木木木

1.本人菜鸟一直在索取，从未回报大家，这次花了2个多星期的时间，学习了USBX和NetX，整理出来了此模板分享给大家：
  采用安富莱ThreadX全家桶2.0版本为模板，H7开发板，使用USBX的CDC_ACM驱动，实现虚拟串口，枚举出EC20和EC800N的Modem接口，然后使用NetX Duo的PPP协议拨号上网，使用TCP协议连接服务器。
  (一定要用新版驱动包！也建议大家在开发其他项目时候尽量选择比较新的驱动版本，老的版本bug非常多。尤其是ST的USB协议栈，1.9和1.9.1完全是天地之差，这是我花了一个星期时间得出来血的教训。建议大家开发USB协议栈直接用ST-H7的1.11.2版本的BSP驱动包。ThreadX全家桶用6.3版本就够了。其实ThreadX全家桶也有bug，或者说是不完善的地方，就比如说PPP协议，在2022年驱动EC600N的时候就会有问题，2022年底修复了这个问题。如果你在2022年用PPP拨号的话，就需要花很大精力找问题，修改代码。上面说这么多，就是告诉大家从零调试一定要选择最新的驱动包，否则十分有可能调不出结果)


目前模板不完善的地方：

1.1 4G模块是复合设备，所以会枚举出几个串口，如何选择其中的一个串口作为通信对象，还没研究。当前解决方案是在枚举的时候固定了某个串口。
1.2 异常处理机制不完善。USB报错、PPP报错、TCP报错都需要汇总处理，重启4G模块、重启网络服务，重启USB服务等方式。

2.移植过程


2.1.CDC ACM驱动移植：和CDC ECM驱动移植不一样，ECM不需要改动任何源码，可以直接枚举出ECM设备。ACM需要修改源码。像移远的EC20和EC800N模块，AT接口的类型代码bInterfaceClass是0xFF，默认的ACM接口数据类型是0x0A。所以要修改成0xFF。宏定义UX_HOST_CLASS_CDC_DATA_CLASS修改成0xFF即可。其他地方不需要改动。如果默认的12个USB通道不够用，可以修改成16个，H7支持16个，F4只有8个，修改UX_HCD_STM32_MAX_NB_CHANNELS为16即可。
最后就是在枚举回调函数里面，选择某一个串口为通信接口(未实现，有哪位前辈可以指导下怎么获取几个串口的句柄)。目前我是在_ux_host_class_cdc_acm_entry函数里面，根据4G模块的Modem接口编号，指定枚举该接口。
2.2.PPP协议移植：PPP协议官方也有流程指导。唯一没有的就是ISR中断部分的代码参考。我也是卡在这上面了几天时间。PPP数据接收直接在USB ACM函数里面做就可以了。
主要是数据发送，PPP数据发送是每次1个字节，我原本是每来1个字节就调用ACM接口写，这样做的效率非常低，导致网速测试的时候，数据量大就容易掉线，原因是USB接口处理不过来这么频繁的数据。
后面改用缓存，一直接收PPP发来的数据，直到PPP不发数据了，我将所有的数据一次性写到ACM接口。这种方式就非常稳定。如果大家有其他好的方式也可以分享一下。

3.简单说下CDC-ECM驱动移植：用2.0版本的ThreadX家桶，按照USBX文档里面的流程就可以实现ECM驱动EC20。获取LINK状态成功之后，就是DHCP获取IP，然后就可以联网了。我用了一个多星期的时间搞出来，一直卡在通讯不稳定，原因是ST的1.9版本的USB协议栈问题很大，USB通讯不稳定。我换成1.11.0版本联网就很稳定了。实际移植ECM比ACM还简单。

4.网速测试：
H7开发板 + USB CDC ECM + EC20：
10K需要400ms。
100K需要1000ms。
500K需要2000ms，
1M需要3000ms。
平均来看，网速在200K-300K左右。如果传输大于1M字节的数据，速率应该还能提升。由于USB全速设备12Mbps，因此最大上限在1M字节/s。一般不会超过500K/s。

H7开发板 + USB CDC ACM + PPP + EC20：

1K：1ms
10K：最小150ms，最大633ms。15-66K/s
100K：最小1394ms，最大1743。57-71K/s
500K：最小7783ms，最大10081ms。50-64K/s
1M：最小16959ms，最大21090ms。47-59K/s


H7开发板 + USB CDC ACM + PPP + EC800N：

1K：最小1ms，最大2ms。这个可以认为是误差。
10K：最小119ms，最大244ms。41-84K/s
100K：最小998ms，最大2226。45-100K/s
500K：最小7065ms，最大9773ms。50-70K/s
1M：最小18315ms，最大24373ms。40-50K/s



F407 + RTX5全家桶 + 硬件串口 + 921600bps + PPP拨号 + EC800M：
1K：10ms
10K：280ms。36K/s
100K：3250ms。31K/s
500K：16600ms。30K/s
1M：33000ms。30K/s



总结：
1.虚拟串口的平均速率在50K左右，最高能到100K。我测试硬件串口的速率稍低，但是硬汉老师说硬件串口也可以做到50K/秒，大家根据自己的项目可以实测下。
2.数据量越大，平均速率和最高速率就越低。
3.PPP拨号效率较低，在USB全速12Mb/s的情况下，CAT1和CAT4的速率近似。
4.CDC-ECM驱动EC20，传输1M只需要3秒，且数据量越大，平均速率就越高。基本上可以做到300K-500K/s。
  ACM+PPP是50K/s，ECM直驱是300K+/s，差距很大了。由于搞不定ECM驱动EC800N，所以没办法比较CAT1的ECM直驱和ACM+PPP差距究竟有多大。

  如果有前辈可以指导下，感激不尽。毕竟4G-CAT1更配MCU，CAT4贵，而且MCU不需要这么高的网速。

上传的模板适配的是H7开发板+EC800N模块。
x度网盘链接：

链接：https://pan.baidu.com/s/1JhYPh4p5qg5EMzPomQrfdA
提取码：1234


ThreadX-CDC-ACM.zip (67.37MB)

eric2013

谢谢分享

水水水木木木

USB虚拟串口PPP网速测试补充个合宙的Air780E模块：
合宙Air780E测试：
1K：1ms
10K：最小162ms，最大320ms。31-61K/s。
100K：最小1538ms，最大3818ms。26-65K/s。
500K：最小12228ms，最大13542ms。37-41K/s。
1M：未通过测试，一直重启

水水水木木木

合宙模块在100K以上就容易重启。测试了十几次，没有1次可以跑到1M的，500K测试成功了2次。100K也就成功了几次。1K和10K每次都可以成功。数据量大容易导致PPP接口出现非法字符，导致USB设备被移除。

yuanzhongda

请教下，ppp是通过acm发出去的吗，对ppp不太了解

yuanzhongda

你好，cdc ecm的程序可以分享下吗

yuanzhongda

你好 cdc ecm的程序可以分享下吗

水水水木木木

yuanzhongda 发表于 2024-4-18 10:40
请教下，ppp是通过acm发出去的吗，对ppp不太了解

是的，ACM虚拟串口

水水水木木木

优化了程序，重新测试了网速：
合宙Air780E网速测试：
1K: 2 ms。
10K: 192 ms。52K/s。
100K: 1538 ms。65K/s。
500K: 4947 ms。101K/s。
1M: 11433 ms。87K/s。
移远EC800N网速测试：
1K: 2 ms。
10K: 187 ms。53K/s。
100K: 1213 ms。82k/s。
500K: 6450 ms。77K/s。
1M: 9922 ms。101K/s。
两个模块的网速相近，互有胜负。按照现在100K/秒来算，比硬件串口最高50K/秒确实要高不少。也符合了USB FS全速12Mbit/秒的速率。毕竟硬件串口才921600bps。之前测试的USB虚拟串口的网速低了不少。

cryfcr

hanlin

阔以哦，找到好东西了，之前用过esp32 + esp_modem 来使用物理串口实现cmux + ppp

Aesthetics

谢谢分享

水水水木木木

关于ECM驱动合宙Air780E和移远EC800N模块联网不成功的问题，我已经提交bug给官方了。
我买了USB 1.1集线器，将模块插到集线器上，集线器再插到电脑上，这样就强制把模块的USB接口速率从HS高速降低成为FS全速。
linux下经过测试两个模块都不能联网，但是EC20可以联网。linux系统下测试结果和RTOS下的结果一样，因此可以判断是模块FS接口的ECM驱动有问题。
接下来就等官方修复问题。如果修复了，我再和大家汇报。

ruboss

我最近也在调4G模块，F427 + RTX5全家桶 + 硬件串口 + 115200bps + PPP拨号 + EC800G。比较有概率出现工作十几分钟之后TCP超时，数据量也不大（NTRIP获取1Hz的RTCM，大概也就1kB/s）。
最开始是4G模块的天线不匹配信号比较差，后面换天线了好了不少，但还是有概率超时

eric2013

ruboss 发表于 2024-4-22 23:55
我最近也在调4G模块，F427 + RTX5全家桶 + 硬件串口 + 115200bps + PPP拨号 + EC800G。比较有概率出现工作 ...

不使用全家桶，仅使用AT的TCP透传，稳定性怎么样。

水水水木木木

ruboss 发表于 2024-4-22 23:55
我最近也在调4G模块，F427 + RTX5全家桶 + 硬件串口 + 115200bps + PPP拨号 + EC800G。比较有概率出现工作 ...

没遇到过此类问题。没使用过NTRIP和RTCM。我正常使用没出现过TCP超时问题

ruboss

eric2013 发表于 2024-4-23 07:55
不使用全家桶，仅使用AT的TCP透传，稳定性怎么样。

开始的工程是直接用cubeMX创建的，比较简陋，后面因为需求变为多个TCP连接，就没有测试多久，直接换RTX全家桶了，所以还不清楚仅使用AT的TCP透传稳定性怎么样，在简短的半个小时测试里没出现问题。

现在这个问题咨询过厂家，常见建议使用RNDIS。

我个人有几个问题点的猜想：
1.波特率115200可能不够，网络不稳定时PPP服务器那测可能有数据冲击，导致大量数据拥塞在4G模块内出现异常。这个我现在改为921600了，在找机会测试
2.所在环境信号不稳定，天线等硬件存在问题。这个已经换天线了，信号有改善，断联的现象暂时还没复现，只是数据交付不及时的问题还在（正常稳定1Hz，异常时可能十多秒都没数据）
3.模块的DTR引脚可能出现异常跳变，导致模块退出PPP连接（模块默认D2,DTR低电平变高电平断开连接并切换为命令模式）。目前将该引脚下拉了，后续测试对比；这个也还有一个办法可以验证，就是在断联的时候发送“AT”查询模块是否是命令模式

eric2013

ruboss 发表于 2024-4-24 18:10
开始的工程是直接用cubeMX创建的，比较简陋，后面因为需求变为多个TCP连接，就没有测试多久，直接换RTX全 ...

非常感谢分享。

hpdell

不错，貌似研究的很透彻哟，

hpdell

貌似我对 cat1, cat4 , catxx 等总是记不住，很容易就忘记了，惭愧惭愧呀

morning_enr6U

水水水木木木

ruboss 发表于 2024-4-24 18:10
开始的工程是直接用cubeMX创建的，比较简陋，后面因为需求变为多个TCP连接，就没有测试多久，直接换RTX全 ...

移远的模块我使用过2G的，当时用的就是AT透传。没出现过你说的问题。可能是数据量不是很大吧。唯一出问题的就是AT指令、透传经常报错，报错误码，我程序设计的错误码不全，导致经常掉线。比如说AT+CCID这个指令，或者在透传模式下，2G模块突然返回个错误码，我没有处理流程，所以导致容易掉线，后来改用PPP方式，有问题就重启模块，终于做的很稳定了。

水水水木木木

hpdell 发表于 2024-4-25 09:53
貌似我对 cat1, cat4 , catxx 等总是记不住，很容易就忘记了，惭愧惭愧呀

速率不同而已。单片机用CAT1就行。MPU才需要CAT4的高速。

gck

楼主，ip检查函数一直未通过，这个可能是什么原因呢？EC800M模块+ppp拨号