Arduino上でTinyUSBを使ったCH32VのUSBデバイス

• December 25, 2025

TinyUSBがCH32に対応した事を知ったので，それを使ってUSBデバイスを作ってみた． TinyUBBを使ってみた感想だが，USB serialなどの頻繁に使われるデバイスを作るのは簡単だが，癖が強くてファイルの構造が複雑なので，独自のデバイスの開発は難しいように感じた． 今回は，CH32シリーズの中で，USB機能が内蔵されている安いものとして，CH32V203K8T6を使ったが，そのときに分かったことを，簡単に説明する．

ArduinoにWCHの公式サポートを入れた後に，スケッチ-ライブラリをインクルード-ライブラリを管理から，TinyUSBを検索してインストールする． 他のライブラリもセットでインストールするかを聞かれるが，すべてインストールして良い． それらのファイルは，~/Arduino/libraries/Adafruit_TinyUSB_Library/に保存されるので，必要に応じて参照することができる． 簡単な例はファイルのスケッチ例から見ることができるので，プログラムの参考になるだろう．

基本的な使い方としては，はじめに#include <Adafruit_TinyUSB.h>としてライブラリを組み込んでから，setup()でTinyUSBDevice.begin(0);を，loop()ではTinyUSBDevice.task();を実行する． 作りたいデバイスの種類に応じて，以下のようにオプションを指定することが出来，その後でライブラリをincludeするようにする．

#define CFG_TUD_CDC 1
#define CFG_TUD_MSC 0
#define CFG_TUD_HID 0
#define CFG_TUD_MIDI 0
#define CFG_TUD_VENDOR 1
#define CFG_TUD_VIDEO 0

注意しなければならないのは，必ずUSB Serialが組み込まれてしまうという点である． いじっていて，何をやってもttyACM0として認識されるので，困っていたが，そういう仕様らしい． これを除くには，beginした後で，TinyUSBDevice.clearConfiguration()を実行すれば良い． その後で，自分が作りたいデバイスの定義をして行く． このとき，CDCを0にすると，うまく認識されなくなる． おそらくこれもUSB Serialが一旦組み込まれるからかも知れない．

以下ではvendor specificの場合について説明する． TinyUSBDevice.addInterfaceでAdafruit_USBD_Interfaceのサブクラスを指定すると，そのgetInterfaceDescriptorメソッドが呼び出されるので，その中でdescriptorを作るようにする． descriptorはTinyUSBDevice.allocInterfaceとTinyUSBDevice.allocEndpointとTUD_VENDOR_DESCRIPTORを使って簡単に作ることができる．

control transferについては，device/usbd.cで記述されているtud_vendor_control_xfer_cbに処理を書いておくと，それが実行される． request->bRequestなどの値で分岐を行い，tud_control_xferでデータを返すことができる．

end pointを介したデータのやりとりは，class/vendor/vendor_device.cに記述されている． データの読み書きは，tud_vendor_n_readやtud_vendor_n_writeを使って，指定したバッファに対して入出力する． この際，tud_vendor_n_availableやtud_vendor_n_write_flushなども併用すると良い． TinyUSBDevice.task()が呼ばれたときに，様々な処理が行われるが，その中で， マイコンがデータを受信したときにtud_vendor_rx_cbが， 送信し終えたときにはtud_vendor_tx_cbが呼び出される． これらの関数にデータの送受信の後に行う処理を記述することによって，デバイスの動作を制御することができる．

これまでに書いたUSBデバイスのプログラムでは，PC側からの通信で割り込みがかかったときに，どのような処理をするかを書くことによって，データの送受信を行っていた． end pointの大きさは64バイトなので，データは64バイト毎に区切られるが，割り込みを使うことによって，送受信の要求があったときに次のデータの準備をするようにすると，バッファの大きさを気にせずにデータのやり取りをすることが出来た． しかし，TinyUSBでは割り込みの処理の部分はユーザーからは使わないような設計思想のようである． TinyUSBの現在の仕様では，送信用には1023バイトのバッファが用意されているようだが，バッファに64バイト以上のデータが溜まるか，flushされたときにのみ，実際にUSBへの転送が行われる． 64バイト未満のデータしか無い場合には，flashしないと，読み取ろうとしてもtimeoutしてしまうので，注意が必要である． また，64バイトより大きなデータの場合には，タイミングによっては64バイト溜まったときに一旦データが送られて，データの終了として0バイトのデータも送られることもあり，そこでデータが切れてしまうので，そこにも注意が必要である．

最小限の変更でデータが64byteで分割されないようにするために，tud_vendor_tx_cbがデータの終了の有無を返すようにして，終了のときにだけ必要に応じて0バイトのデータを送るようにしたら，64byteより大きなデータも途切れずに送信できるようになった． 具体的な変更するのは，vendor_device.hとvendor_device.cの中のtud_vendor_tx_cbの型をvoidからboolにして，defaultではtrueを返すようにして，vendor_device.cの中のtud_vendor_tx_cbを呼び出しているところで，その値を以下のように変数に入れて，

// tud_vendor_tx_cb(itf, (uint16_t) xferred_bytes);
bool fin=tud_vendor_tx_cb(itf, (uint16_t) xferred_bytes);

その変数が真のときにのみ，終端信号を送るように，

// tu_edpt_stream_write_zlp_if_needed(rhport, &p_vendor->tx.stream, xferred_bytes);
if(fin) tu_edpt_stream_write_zlp_if_needed(rhport, &p_vendor->tx.stream, xferred_bytes);

とするのである． tud_vendor_tx_cbをユーザーが定義しないときには，trueとなって，これまでと同じ動作をするので，この変更が悪い影響を及ぼすことは無いだろう．

この変更をするために，TinyUSBのソースがどのような構造になっているのかを調べるのに，かなりの時間がかかってしまった． ファイルの構造が複雑だし，関数が多段に呼び出されているので，どこでどの処理が行われているのかを見つけ出すのが大変だった． すべての構造を理解した訳ではなく，ソースの一部をみて判断しているので，上の説明は間違っている部分があるかも知れないが，期待したように動くようになったので，大筋では合っていると思う．

ArduinoでTinyUSBを使えばUSBのプログラムが簡単に書けるだろうと思ってやってみたが，調べても必要な情報が見つからないので，ソースを読む必要があった． CH32V203のUSBDをもっと単純な形で使いたいのだが，ch32funやArduinoのWCH公式ではまだ対応していないっぽいし，Platform IOはまだ使い方が分からないので，ArduinoでやるならTinyUSBが唯一の方法かも知れない． 今回書いたプログラムは，無駄な処理が多いように思うので，もう少しすっきりしたプログラムが書けたら，公開しようかな．