二十七、RZN2L CherryUSB移植与性能对比

一、目的/概述

1、cherryusb还没有人支持瑞萨芯片，我们尝试在RZN2L CR52上移植CherryUSB协议栈

2、在rzn2l芯片上实现USB CDC ACM 功能(实现cherryusb hal)

3、对比CherryUSB与瑞萨原厂USB例程的性能差异

4、验证全速（12Mbps）和高速（480Mbps）模式下的传输性能

二、CherryUSB简介

2.1 什么是CherryUSB？

CherryUSB是一个轻量级的USB主机和设备协议栈，具有以下特点：

2.2 相关资源

三、移植涉及的文件

3.1 CherryUSB核心文件

从CherryUSB官方仓库复制以下文件到工程：

cherryusb_port/ ├── cherryusb/ # CherryUSB核心库 │ ├── core/ # USB核心协议 │ │ └── usbd_core.c # USB设备核心 │ ├── class/ # USB类实现 │ │ └── cdc/ # CDC类 │ ├── common/ # 公共定义 │ ├── osal/ # OS抽象层 │ │ └── usb_osal_none.c # 无OS适配 │ └── usb_config.h # USB配置 ├── config/ # 配置文件 │ └── cherryusb_config.h # CherryUSB配置 ├── examples/ # 示例代码 │ ├── cdc_acm_descriptor.c # CDC描述符 │ ├── cdc_acm_descriptor.h │ ├── cdc_acm_example.c # CDC示例 │ └── cdc_acm_example.h └── hal/ # 硬件抽象层 ├── usb_dc_rzn2l.c # RZN2L USB设备驱动 ├── usb_dc_rzn2l.h ├── usb_interrupt_override.c # 中断处理 ├── usb_interrupt_override.h └── usb_reg_rzn2l.h # 寄存器定义

3.2 HAL层移植文件

移植CherryUSB需要实现以下HAL层函数：

3.3 应用层文件

3.4 工程配置文件

四、软件流程

4.1 USB初始化流程

4.2 USB枚举流程

4.3 CDC数据传输流程

4.3.1 接收流程（OUT方向）

4.3.2 发送流程（IN方向）

4.4 中断处理流程

4.5 主循环流程

五、测试方法

5.1 测试环境

5.2 测试脚本

使用Python脚本test_cdc_speed.py进行速度测试：

# 测试原理： # OUT测试：主机写入10MB数据到设备，计算速度 # IN测试：设置DTR=1，设备循环发送数据，主机读取10MB，计算速度 import serial import time import sys test_comx = sys.argv[1]# COM端口号 test_maxsize =10*1024*1024# 10MB test_data =b'\xAA'*4096 # OUT测试 deftest_cdc_out(): send_count =0 begin = time.time() while send_count < test_maxsize: txdatalen = test_serial.write(test_data) send_count += txdatalen elapsed = time.time()- begin speed_mbps =(send_count /1024/1024)/ elapsed print("cdc out speed %.3f MB/s"% speed_mbps) # IN测试 deftest_cdc_in(): read_count =0 begin = time.time() while read_count < test_maxsize: data = test_serial.read(test_maxsize) read_count +=len(data) elapsed = time.time()- begin speed_mbps =(read_count /1024/1024)/ elapsed print("cdc in speed %.3f MB/s"% speed_mbps)

5.3 测试步骤

1、编译烧录固件到RZN2L开发板

2、连接USB线到PC，确认设备枚举成功

3、记录COM端口号（如COM11）

4、运行测试脚本：

python test_cdc_speed.py COM11

5、记录OUT和IN速度

六、性能测试结果

6.1 CherryUSB性能

全速模式（Full-Speed 12 Mbps）

=== USB CDC ACM === Module: USB_IP0 Mode: Peripheral Speed: Full-Speed (12 Mbps) EP IN: 0x81 max=64 EP OUT: 0x02 max=64 Buffer: RX=2048 TX=2048 测试结果： cdc out speed 0.887 MB/s (10485760 B / 11.273 s) cdc in speed 0.902 MB/s (10526720 B / 11.134 s)

高速模式（High-Speed 480 Mbps）

=== USB CDC ACM === Module: USB_IP0 Mode: Peripheral Speed: High-Speed (480 Mbps) EP IN: 0x81 max=512 EP OUT: 0x02 max=512 Buffer: RX=16384 TX=16384 测试结果： cdc out speed 25.564 MB/s (10485760 B / 0.391 s) cdc in speed 14.797 MB/s (10526720 B / 0.676 s)

6.2 瑞萨原厂例程性能

全速模式（Full-Speed 12 Mbps）

[USB] Module: USB_IP0 [USB] Mode: Peripheral [USB] Speed: Low-Speed [USB] DMA: OFF [USB] BENCH_BUF_SIZE: 4096 测试结果： OUT: 0.16 MB/s (10485760 B in 61620 ms) IN: 0.89 MB/s (10485760 B in 11175 ms)

高速模式（High-Speed 480 Mbps）

[USB] Module: USB_IP0 [USB] Mode: Peripheral [USB] Speed: High-Speed [USB] DMA: OFF [USB] BENCH_BUF_SIZE: 4096 测试结果： OUT: 5.84 MB/s (10485760 B in 1712 ms) IN: 19.65 MB/s (10485760 B in 509 ms)

6.3 性能对比

全速模式对比（Full-Speed 12 Mbps）

高速模式对比（High-Speed 480 Mbps）

性能分析：

• 全速模式

  ：OUT方向CherryUSB大幅领先（5.5倍），IN方向基本持平

• 高速模式

  ：OUT方向CherryUSB领先3.1倍，IN方向瑞萨原厂略优

• 整体表现

  ：CherryUSB在OUT方向（主机发送到设备）性能优势明显

七、移植要点

7.1 关键配置

cherryusb_config.h中的关键配置：

#defineUSBD_IRQHandlerUSB_interrupt_override_IRQHandler #defineUSBD_BASER_USBF_BASE #defineCONFIG_USBDEV_EP_NUM10 #defineCONFIG_USBDEV_RX_BUFSIZE2048 #defineCONFIG_USBDEV_TX_BUFSIZE2048

7.2 中断处理

RZN2L的USB中断需要特殊处理，通过usb_interrupt_override.c覆盖默认中断：

voidusb_interrupt_init(void){ // 配置GIC中断 R_BSP_IrqCfgEnable(USB_INT_IRQn,3,NULL); } voidUSB_interrupt_override_IRQHandler(void){ externvoidUSBD_IRQHandler(uint8_t busid); USBD_IRQHandler(0); }

7.3 描述符配置

CDC ACM描述符需要根据实际需求配置：

// 端点配置 #defineCDC_IN_EP0x81 #defineCDC_OUT_EP0x02 #defineCDC_INT_EP0x83 // 全速端点大小 #defineCDC_MAX_MPS_FS64 // 高速端点大小 #defineCDC_MAX_MPS_HS512

八、总结

核心要点：

1、CherryUSB移植主要工作在HAL层，需实现usb_dc_rzn2l.c中的底层驱动

2、中断处理需要特殊覆盖，确保USB中断正确触发

3、高速模式下性能显著优于全速，建议优先使用高速模式

4、OUT方向性能提升明显，适合大量数据接收场景

九、附录

测试环境

• MCU

  ：Renesas RZN2L

• 内核

  ：Cortex-R52 @ 400MHz

• 编译器

  ：ARM GCC 13.3.1

• IDE

  ：e2studio

• USB连接

  ：USB Type-C

• 测试数据量

  ：10MB

文件结构

27_rzn2l_cherryusb_port/ ├── rzn2l_cherryusb_port/ # CherryUSB移植工程 │ ├── cherryusb_port/ # CherryUSB库和移植文件 │ ├── src/ # 应用代码 │ ├── rzn_gen/ # FSP生成的配置 │ ├── script/ # 链接脚本 │ └── tools/ # 测试工具 └── RZN2L_RSK_usb_pcdc/ # 瑞萨原厂例程（对比用） ├── src/ # 应用代码 ├── rzn/ # FSP库 └── tools/ # 测试工具

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