CDC（Communication Device Class）是什么？
CDC（Communication Device Class）是什么？
核心定义
CDC 的全称是 Communication Device Class，即通信设备类。它是 USB 协议规范中定义的一个设备类。
简单来说，CDC是一个标准规范，它允许USB设备（如调制解调器、网络适配器、串口转换器等）在连接到电脑（主机）时，被识别为一个通信设备，而无需安装特定的、由设备制造商提供的驱动程序。
核心目标与解决的问题
在USB标准出现之前，计算机与调制解调器、打印机等设备通常通过串行端口（COM口） 或并行端口连接。这些接口简单，但速度慢，且需要独立的硬件接口。
USB的出现旨在统一外部设备的连接方式。CDC的目标就是在USB的架构上，模拟传统的通信方式（尤其是串行通信），从而实现：
- 驱动程序标准化：操作系统（如Windows, Linux, macOS）可以内置一个通用的CDC驱动程序。任何符合CDC规范的设备插入电脑后，都能被立即识别并使用，实现“即插即用”。
- 简化开发：设备制造商无需为不同操作系统编写和维护复杂的驱动程序，只需确保其设备固件符合CDC规范即可。
- 取代传统串口：在现代电脑（尤其是轻薄笔记本）普遍取消传统DB9串口的情况下，USB转串口线（USB to TTL/RS232）成为了主流，而这些线缆的内部芯片大多实现了CDC协议。
工作原理
CDC定义了一套标准的描述符 和通信接口。
当一个CDC设备插入USB主机时，它会向主机报告自己的身份：
- 设备描述符：告诉主机“我是一个USB设备”。
- 配置描述符和接口描述符：这是关键。CDC设备通常会包含一个或多个接口：
- 通信类接口（CCI）：用于管理通信。主机通过这个接口发送控制命令，例如设置波特率、数据位、停止位、流控等（就像在传统串口上一样）。
- 数据接口：用于传输实际的数据。数据以批量传输或等时传输的方式在这个接口上流动。
主机操作系统识别到这些标准的CDC描述符后，就会加载其内置的 usbser.sys（Windows）或 cdc_acm（Linux）等通用驱动程序。随后，在操作系统中会创建一个虚拟的COM端口（在Windows上）或 /dev/ttyACMx / /dev/ttyUSBx（在Linux上）。
应用程序（如串口调试助手、终端程序）就可以像操作一个物理COM口一样，通过打开这个虚拟COM口来与USB设备进行通信。
常见应用场景
CDC的应用非常广泛，以下是一些典型的例子：
- USB转串口适配器：这是最常见的应用。一个小芯片（如FTDI, CP2102, CH340，以及很多STM32微控制器自带的USB功能）实现CDC协议，将USB数据包转换为UART信号，用于连接单片机、路由器、工业控制器等。
- 蜂窝调制解调器（4G/5G上网卡）：很多USB上网卡使用CDC来建立一个虚拟串口，用于发送AT命令（如拨号、查询信号强度）和管理连接，同时使用另一个接口进行高速数据传输。
- 以太网适配器：USB有线网卡或Wi-Fi网卡有时会使用一个叫做“ECM”的CDC子类。
- 嵌入式系统调试与通信：许多开发板（如Arduino, ESP32, STM32）利用其MCU的USB功能，将自己模拟成一个CDC设备，方便开发者通过串口进行程序调试、日志输出和固件上传。
CDC的子类
CDC是一个大类，其下包含多个子类，以适应不同类型的通信设备：
- ACM（Abstract Control Model）：最常用的子类，用于模拟串行端口。我们平时提到的“USB CDC”通常就是指CDC ACM。
- ECM（Ethernet Networking Control Model）：用于模拟以太网适配器。
- NCM（Network Control Model）：ECM的增强版，效率更高，是现代USB网卡的首选。
- PSTN：用于模拟传统电话调制解调器。
- …等等
总结
| 特性 | 描述 |
|---|---|
| 全称 | Communication Device Class |
| 所属体系 | USB |
| 核心目的 | 标准化通信设备（尤其是串口）在USB总线上的行为 |
| 主要优势 | 免驱（使用操作系统内置通用驱动），简化开发 |
| 工作表现 | 在操作系统中创建一个虚拟COM口 |
| 常见应用 | USB转串口线、4G/5G上网卡、嵌入式设备调试接口 |
| 最重要子类 | CDC ACM |
总而言之，CDC是USB生态中一个非常重要且成功的设备类，它无缝地桥接了现代的USB总线与传统的串行通信概念，极大地促进了各种设备与计算机的互联。