1、4G模块使用技术现状与难题

4G模块支持的对外通信接口有串口和USB接口，串口一般使用AT指令的方式，这个在MCU类产品上面使用的很多，USB接口主用于在连接APU应用处理器上面，由LINUX操作系统来驱动，把4G模块实现成一个rndis设备或ecm设备的网卡，这类应用适用于高速通信。

目前的物联网设备使用MCU为控制核心的居多，主要使用AT指令接口来与4G模块通信。作者多年来开发的物联网设备产品也是使用STM32 通信串口AT指令来与4G模块进行通信，由于目前的物联网设备的功能越来越多，越来越复杂，比如需要多个以太网连接的并行通信，对应的实际应用场景就是，一个连接用于正常上发工作状态的业务数据，另外一个连接还要能同时处理产品固件的升级请求。这样的基于串口的AT指令接口就很难实现这种应用。

那么对于STM32这样的MCU通过USB连接4G模块，把4G模块虚拟成网卡不就实现了这种应用了，经过查阅相关资料，目前没有公开的代码或技术实现了这种功能，还有人说，这个技术只有国外的某个商用的公司实现了，国内没有人开发出这种技术。

不信邪，我就要攻克这种技术难题--实现使用STM32的USB主机驱动4G rndis设备，实现基于STM32的物联网设备的高速以太网并发通信。

2、技术实现方式

4G模块要实现USB驱动，需要在STM32上面实现USB主机协议，设备类驱动框架。这个功能基于操作系统是更好实现了。作者最近几年使用的rt thread操作系统提供完善的设备驱动框架，同时也提供了USB主机驱动协议栈，只是主机协议栈功能很少，支持的USB设备很少，基本没有人使用其用于产品化。不过只要有一个好的框架就已经事半功倍，剩下的功能对我来说谁有不少困难，还是可以攻克的。

2.1 技术路线与实现过程

使用rt thread操作系统的USB主机驱动框架，根据rndis设备的功能实现rndis类设备的主机驱动程序，把rndis设备类驱动虚拟成网卡，对接到lwip以太网协议栈接口上面。

这次实现以技术资料较多，应用广泛的L501 4G cat1模组为例进行开发。
1、详细阅读L501的技术资料，驱动代码。
2、阅读STM32F 原厂的USB主机，从机驱动程序，数据手册，相关USB的培训资料，掌握USB的技术原因与使用方法

3、阅读RT thread的下的USB HOST的示例程序，在开发板STM32F429上面跑通示例程序，并且阅读整个USB主机的程序代码和协议原理。

4、阅读RT thread的下的USB rndis device，在开发板STM32F429上面跑通示例程序，rnddis协议原理。
5、修改USB主机驱动代码，实现枚举4G rndis设备，4G rndis设备是一个USB组合设备，具有多个接口，因此对USB主机协议栈进行大刀阔斧的修改，最终实现枚举到4G rndis设备
6、根据微软的rndis文档实现rndis设备类的主机驱动和网卡虚拟，实现了基于USB的主速以太网通信。
7、采用4G虚拟网卡的方案，改进曾经的无线智能阀门控制器的软件，在正式产品上做长期稳定的性的验证。

2.2 成果展示

此技术从去年12月底开始开发，使用业余时间进行开发，到现在完成了一稳定的以太网通信，并且做了开源。下图展示了最后虚拟的网卡接口与ping命令的功能，同时实现了长时间连接物联网服务器的功能，支持业务数据与程序升级数据的双连接测试功能。

2.3 未来完善

项目到目前为止已经完成了预期的功能技术开发，由于没有专用的硬件来实现更深入的功能开发与验证，所以未来还是有一些功能要完善的。

2.4 最新进展

到2022年9月，此项目技术已经基于真实产品完成了产品化批量应用，性能稳定。目前已经支持STM32芯片驱动移远模组，移柯模组，支持NXP RT105X芯片驱动移远模组。

项目的开源地址：longtengmcu/USB-HOST-driver-4G-rndis-device: STM32F429 USB HOST driver 4G rndis device, Realization of high speed Ethernet data communication。 (github.com)

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