NXP MCX A系列MCU芯片USB DP/DM灵活配置为串口信号的原理说明

背景介绍

在实际嵌入式系统开发过程中，工程师经常会遇到串口资源不足的问题：

系统需要多路UART通信，但部分串口引脚已被其他片内外设或功能复用占用；如果采用软件模拟（bit-banging）方式通过GPIO实现UART通信，不仅会显著增加CPU占用率，还会对通信时序的准确性和系统实时性造成影响。

针对上述问题，NXP MCX A系列MCU（MCX A14x/A15x/A17x/A18x/A25x/A26x/A36x） 提供了一种非常灵活且高效的解决方案。该系列芯片内部集成了 全速USB（FS-USB）控制器，支持将片内任意LPUART外设信号通过内部信号矩阵路由至USB物理层，从而实现将USB DP/DM引脚复用为UART的TX/RX或RX/TX信号，有效缓解串口引脚资源紧张的问题。

USB DP/DM复用为UART原理说明

通过对USBCTRL寄存器的相关位进行配置，可实现USB与UART信号之间的复用关系控制：

当USBCTRL[UARTSEL]=1时，选定的LPUART外设将连接到FS USB物理层，此时，USB0_DP / USB0_DM将被配置为普通的LPUART信号，信号以单端方式运行，而非USB的差分模式:

当USBCTRL[UARTCHLS] = 0 时：

USB0_DP → LPUART_TX

USB0_DM → LPUART_RX

当USBCTRL[UARTCHLS] = 1 时：

USB0_DP → LPUART_RX

USB0_DM → LPUART_TX

在本示例中， 将USB0_DP复用为 LPUART1 TX，USB0_DM复用为LPUART1 RX：

INPUTMUX配置说明

除了USBCTRL配置外，还需要通过INPUTMUX完成USB与LPUART之间的信号触发关联。在本例中：

USBFS触发源配置

将USBFS控制器的触发信号配置为LPUART的TX触发

本例中选择LPUART1的lpuart_trg_txdata作为USBFS的输入触发源

对应配置寄存器为：INPUTMUX_USBFS

2. LPUART RX 输入源配置

将LPUART1的RX输入源选择为USBFS控制器

即：USB0 ipp_ind_uart_rxd_usbmux input

对应寄存器为：INPUTMUX_LPUART1

配置UART信号路由至USB的关键代码如下，本例中使用LPUART1，将LPUART1_TX信号路由至USB_DP，LPUART1_RX信号路由至USB_DM：

当MCU接收到一个字符时，将发送相同的字符返回PC，代码如下：

实 验

使用FRDM-MCXA156开发板，将USB线连接USB接口J23至USB转TTL转接器，并连接PC，如下所示：

打开任意串口控制台，本例中为USB-SERIAL CH340，按下板子复位按钮，输入HELLO，在控制台界面同时显示HELLO字样，表示通信成功：

结 语

通过本文示例可以看出，MCX A系列MCU提供的USB DP/DM灵活配置为串口信号的机制，为引脚资源受限的系统设计带来了极大的灵活性和可扩展性。该方案无需额外硬件、无需软件模拟串口，即可实现稳定、低功耗、低CPU占用的UART通信通道。

在多串口应用、功能扩展受限或引脚高度紧张的设计场景中，合理利用USB DP/DM复用为UART，不仅能够显著提升硬件资源利用率，也为系统后期功能升级和接口拓展预留了更多空间，具有较高的工程实用价值和推广意义。