【单片机笔记】基于STM32F103C8的 USB 外部flash虚拟U盘
学习stm32已经很长时间了，但是一直没有过多的学习stm32的USB部分，因为实际工作还是用的比较少。说起USB那就有的说了，因为USB的功能很强大，这里主要重点记录一下STM32的USB部分，这个官方给的有专门USB库，笔者目前使用的是Cotex-M3内核的STM32F103系列，实验的芯片为STM32F103C8，这个是目前市场上性价比非常高的芯片，也是用的非常多的芯片。
USB基础知识
USB按接口类型分
控制器/主机（controller/host）
设备（peripheral）
OTG（on-the-go），通过id线确定作为主机还是作为设备
按照USB速度分
低速（low speed）
全速（full speed）
高速（high speed）
USB接口一般是4根线，VCC GND DM(D-) DP(D+)
低速设备：在DM线上接入上拉
全速设备：在DP线上接入上拉
高速设备：在DP线上接入上拉，在主机对设备进行复位后进一步的确认
关于描述符
设备描述符（device description）
配置描述符（config description）
接口描述符 （interface description）
端点描述符 （endpoint description）
设备的“身份”信息存储在描述符中。每个USB设备中都有如下描述符。需要注意的是一个USB设备只能有一个设备描述符，一个设备描述符可以有多个配置描述符，一个配置描述符可以有多个接口描述符，一个接口描述符可以包含多个端点。
关于传输
- 在USB的通讯中，有传输（transfer），事务（Transaction），包（packet）三级。包是最基础的传输单元，与TCP/IP协议中的MAC层协议作用相同。
- 在一次传输中，由多次事务组成，每次的事务又由多个包组成
- 与众多协议相同，较高级别的协议的报文是基于/内嵌在低级协议的报文当中的，在USB中也不例外，例如，包中预留了DATA位，其目的就是填写报文
STM32F103芯片自带了有USB模块，可以用来做从设备，不能用作主机HOST。这里使用USB的目的是讲USB作为一个大容量，这个可以基于官方USB Mass_Storage例程来移植。这里就不过多的介绍里面复杂的通信原理了，要彻彻底底搞明白并灵活运用取来还是有很大难度的，因为内容太多了。这里仅仅介绍下移植过程和描述符相关的重点内容。
准备工作
第一步
确保自己的KEIL开发环境已经完善。
第二步
下载好了两份ST官方的库文件（我是基于标准库开发的），一个是标准外设库文件，一个是USB库文件。如下图：
没有的可以自行下载
标准外设库：https://www.stmcu.org.cn/document/detail/index/id-213160
USB外设库：https://www.stmcu.org.cn/document/detail/index/id-200293
第三步
建立一个带有存储介质驱动的STM32基础工程，存储介质常见有SD卡、外部FLASH芯片、内部的FLASH空间。的我是基于一个外部flash的工程去实现的，芯片具体型号是W25Q64，64Mbit的空间，换成字节就是8MByte。驱动部分如下：
C文件
#include "fy_w25qxx.h" u16 W25QXX_TYPE=0;//W25Q64//4Kbytes为一个Sector,16个扇区为1个Block,容量为16M字节,共有128个Block,4096个Sector
//初始化SPI FLASH的IO口
void W25QXX_Configuration(void)
{ SPI2_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_2);//设置为18M时钟,高速模式W25QXX_TYPE=W25QXX_ReadID();//读取FLASH ID.
} //读取W25QXX的状态寄存器
//BIT7 6 5 4 3 2 1 0
//SPR RV TB BP2 BP1 BP0 WEL BUSY
//SPR:默认0,状态寄存器保护位,配合WP使用
//TB,BP2,BP1,BP0:FLASH区域写保护设置
//WEL:写使能锁定
//BUSY:忙标记位(1,忙;0,空闲)
//默认:0x00
u8 W25QXX_ReadSR(void)
{ u8 byte=0; W25QXX_CS_L(); //使能器件 SPI2_ReadWriteByte(W25X_ReadStatusReg); //发送读取状态寄存器命令 byte=SPI2_ReadWriteByte(0Xff); //读取一个字节 W25QXX_CS_H(); //取消片选 return byte;
}
//写W25QXX状态寄存器
//只有SPR,TB,BP2,BP1,BP0(bit 7,5,4,3,2)可以写!!!
void W25QXX_Write_SR(u8 sr)
{ W25QXX_CS_L(); //使能器件 SPI2_ReadWriteByte(W25X_WriteStatusReg);//发送写取状态寄存器命令 SPI2_ReadWriteByte(sr); //写入一个字节 W25QXX_CS_H(); //取消片选
}
//W25QXX写使能
//将WEL置位
void W25QXX_Write_Enable(void)
{W25QXX_CS_L(); //使能器件 SPI2_ReadWriteByte(W25X_WriteEnable); //发送写使能 W25QXX_CS_H(); //取消片选
}
//W25QXX写禁止
//将WEL清零
void W25QXX_Write_Disable(void)
{ W25QXX_CS_L(); //使能器件 SPI2_ReadWriteByte(W25X_WriteDisable); //发送写禁止指令 W25QXX_CS_H(); //取消片选
} //读取芯片ID
u16 W25QXX_ReadID(void)
{u16 Temp = 0; W25QXX_CS_L(); SPI2_ReadWriteByte(0x90);//发送读取ID命令 SPI2_ReadWriteByte(0x00); SPI2_ReadWriteByte(0x00); SPI2_ReadWriteByte(0x00); Temp|=SPI2_ReadWriteByte(0xFF)<<8; Temp|=SPI2_ReadWriteByte(0xFF); W25QXX_CS_H(); return Temp;
} //在指定地址开始读取指定长度的数据
//pBuffer:数据存储区,ReadAddr:开始读取的地址(24bit),NumByteToRead:要读取的字节数(最大65535)
void W25QXX_Read(u8* pBuffer,u32 ReadAddr,u16 NumByteToRead)
{ u16 i; W25QXX_CS_L(); //使能器件 SPI2_ReadWriteByte(W25X_ReadData); //发送读取命令 SPI2_ReadWriteByte((u8)((ReadAddr)>>16)); //发送24bit地址 SPI2_ReadWriteByte((u8)((ReadAddr)>>8)); SPI2_ReadWriteByte((u8)ReadAddr); for(i=0;i<NumByteToRead;i++){ pBuffer[i]=SPI2_ReadWriteByte(0XFF); //循环读数 }W25QXX_CS_H();
}//SPI在一页(0~65535)内写入少于256个字节的数据
//在指定地址开始写入最大256字节的数据
//pBuffer:数据存储区,WriteAddr:开始写入的地址(24bit),NumByteToWrite:要写入的字节数(最大256),该数不应该超过该页的剩余字节数!!!
void W25QXX_Write_Page(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite)
{u16 i; W25QXX_Write_Enable(); //SET WEL W25QXX_CS_L(); //使能器件 SPI2_ReadWriteByte(W25X_PageProgram); //发送写页命令 SPI2_ReadWriteByte((u8)((WriteAddr)>>16)); //发送24bit地址 SPI2_ReadWriteByte((u8)((WriteAddr)>>8)); SPI2_ReadWriteByte((u8)WriteAddr); for(i=0;i<NumByteToWrite;i++)SPI2_ReadWriteByte(pBuffer[i]);//循环写数 W25QXX_CS_H(); //取消片选 W25QXX_Wait_Busy(); //等待写入结束
}
//无检验写SPI FLASH
//必须确保所写的地址范围内的数据全部为0XFF,否则在非0XFF处写入的数据将失败!
//具有自动换页功能
//在指定地址开始写入指定长度的数据,但是要确保地址不越界!
//pBuffer:数据存储区
//WriteAddr:开始写入的地址(24bit)
//NumByteToWrite:要写入的字节数(最大65535)
//CHECK OK
void W25QXX_Write_NoCheck(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite)
{ u16 pageremain; pageremain=256-WriteAddr%256; //单页剩余的字节数 if(NumByteToWrite<=pageremain)pageremain=NumByteToWrite;//不大于256个字节while(1){ W25QXX_Write_Page(pBuffer,WriteAddr,pageremain);if(NumByteToWrite==pageremain)break;//写入结束了else //NumByteToWrite>pageremain{pBuffer+=pageremain;WriteAddr+=pageremain; NumByteToWrite-=pageremain; //减去已经写入了的字节数if(NumByteToWrite>256)pageremain=256; //一次可以写入256个字节else pageremain=NumByteToWrite; //不够256个字节了}};
}
//写SPI FLASH
//在指定地址开始写入指定长度的数据
//该函数带擦除操作!
//pBuffer:数据存储区
//WriteAddr:开始写入的地址(24bit)
//NumByteToWrite:要写入的字节数(最大65535)
u8 W25QXX_BUFFER[4096];
void W25QXX_Write(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite)
{ u32 secpos;u16 secoff;u16 secremain; u16 i; u8 *W25QXX_BUF; W25QXX_BUF=W25QXX_BUFFER;
//
// W25QXX_BUF = (u8 *)_mem.Alloc(4096);//申请一个扇区大小的内存
// if(W25QXX_BUF==NULL) return;secpos=WriteAddr/4096;//扇区地址 secoff=WriteAddr%4096;//在扇区内的偏移secremain=4096-secoff;//扇区剩余空间大小 //printf("ad:%X,nb:%X\r\n",WriteAddr,NumByteToWrite);//测试用if(NumByteToWrite<=secremain)secremain=NumByteToWrite;//不大于4096个字节while(1) { W25QXX_Read(W25QXX_BUF,secpos*4096,4096);//读出整个扇区的内容for(i=0;i<secremain;i++)//校验数据{if(W25QXX_BUF[secoff+i]!=0XFF)break;//需要擦除 }if(i<secremain)//需要擦除{W25QXX_Erase_Sector(secpos); //擦除这个扇区for(i=0;i<secremain;i++) //复制{W25QXX_BUF[i+secoff]=pBuffer[i]; }W25QXX_Write_NoCheck(W25QXX_BUF,secpos*4096,4096);//写入整个扇区 }else W25QXX_Write_NoCheck(pBuffer,WriteAddr,secremain);//写已经擦除了的,直接写入扇区剩余区间. if(NumByteToWrite==secremain)break;//写入结束了else//写入未结束{secpos++;//扇区地址增1secoff=0;//偏移位置为0 pBuffer+=secremain; //指针偏移WriteAddr+=secremain; //写地址偏移 NumByteToWrite-=secremain; //字节数递减if(NumByteToWrite>4096)secremain=4096;//下一个扇区还是写不完else secremain=NumByteToWrite; //下一个扇区可以写完了} }
// _mem.Free(W25QXX_BUF);
}
//擦除整个芯片
//等待时间超长...
void W25QXX_Erase_Chip(void)
{ W25QXX_Write_Enable(); //SET WEL W25QXX_Wait_Busy(); W25QXX_CS_L(); //使能器件 SPI2_ReadWriteByte(W25X_ChipErase); //发送片擦除命令 W25QXX_CS_H(); //取消片选 W25QXX_Wait_Busy(); //等待芯片擦除结束
}
//擦除一个扇区
//Dst_Addr:扇区地址 根据实际容量设置
//擦除一个山区的最少时间:150ms
void W25QXX_Erase_Sector(u32 Dst_Addr)
{ //监视falsh擦除情况,测试用
// printf("fe:%x\r\n",Dst_Addr); Dst_Addr*=4096;W25QXX_Write_Enable(); //SET WEL W25QXX_Wait_Busy(); W25QXX_CS_L(); //使能器件 SPI2_ReadWriteByte(W25X_SectorErase); //发送扇区擦除指令 SPI2_ReadWriteByte((u8)((Dst_Addr)>>16)); //发送24bit地址 SPI2_ReadWriteByte((u8)((Dst_Addr)>>8)); SPI2_ReadWriteByte((u8)Dst_Addr); W25QXX_CS_H(); //取消片选 W25QXX_Wait_Busy(); //等待擦除完成
}
//等待空闲
void W25QXX_Wait_Busy(void)
{ while((W25QXX_ReadSR()&0x01)==0x01); // 等待BUSY位清空
}
//进入掉电模式
void W25QXX_PowerDown(void)
{ W25QXX_CS_L(); //使能器件 SPI2_ReadWriteByte(W25X_PowerDown); //发送掉电命令 W25QXX_CS_H(); //取消片选 Delay_us(3); //等待TPD
}
//唤醒
void W25QXX_WAKEUP(void)
{ W25QXX_CS_L(); //使能器件 SPI2_ReadWriteByte(W25X_ReleasePowerDown); // send W25X_PowerDown command 0xAB W25QXX_CS_H(); //取消片选 Delay_us(3); //等待TRES1
}
H文件
#ifndef __FY_W25QXX_H
#define __FY_W25QXX_H #include "fy_includes.h" //W25QXX对应唯一识别ID
#define W25Q80 0XEF13
#define W25Q16 0XEF14
#define W25Q32 0XEF15
#define W25Q64 0XEF16
#define W25Q128 0XEF17//指令表
#define W25X_WriteEnable 0x06
#define W25X_WriteDisable 0x04
#define W25X_ReadStatusReg 0x05
#define W25X_WriteStatusReg 0x01
#define W25X_ReadData 0x03
#define W25X_FastReadData 0x0B
#define W25X_FastReadDual 0x3B
#define W25X_PageProgram 0x02
#define W25X_BlockErase 0xD8
#define W25X_SectorErase 0x20
#define W25X_ChipErase 0xC7
#define W25X_PowerDown 0xB9
#define W25X_ReleasePowerDown 0xAB
#define W25X_DeviceID 0xAB
#define W25X_ManufactDeviceID 0x90
#define W25X_JedecDeviceID 0x9F void W25QXX_Configuration(void);
u16 W25QXX_ReadID(void); //读取FLASH ID
u8 W25QXX_ReadSR(void); //读取状态寄存器
void W25QXX_Write_SR(u8 sr); //写状态寄存器
void W25QXX_Write_Enable(void); //写使能
void W25QXX_Write_Disable(void); //写保护
void W25QXX_Write_NoCheck(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite);
void W25QXX_Read(u8* pBuffer,u32 ReadAddr,u16 NumByteToRead); //读取flash
void W25QXX_Write(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite);//写入flash
void W25QXX_Erase_Chip(void); //整片擦除
void W25QXX_Erase_Sector(u32 Dst_Addr); //扇区擦除
void W25QXX_Wait_Busy(void); //等待空闲
void W25QXX_PowerDown(void); //进入掉电模式
void W25QXX_WAKEUP(void); //唤醒extern u16 W25QXX_TYPE; //定义W25QXX芯片型号 #endif基础工程如下：
第四步：USB代码移植
拷贝USB底层库到工程根目录，新建一个目录命名成USB，拷贝Mass_Storage例程下的src和inc目录下的所以文件到USB。
拷贝过来是有37个文件，这个时候需要删除一些不必要的文件，因为官方的例程里面有nand，这里的话先删除以下文件
4.打开工程把分组和文件及包含路径添加进去，这里就不细说了，结果如下
打开usb下面的main和it 把重要的代码先拷贝出来
把main和stm32_it里面的内容拷贝到自己的main里面进行下封装去掉不要的保留剩下的，然后就删除it和main三个文件。
然后编译下，这个时候会出现一堆报错，需要慢慢一步步搞定，编译前注意路径包含，
定位到第一个错误进去
这个定义的是官方的开发板 我们直接修改成自己的公共文件就可以，并且注释掉开发板定义
公共文件如下，并且添加usb部分的头文件
继续编译，定位第一个错误，这部分主要修改hw_config文件
删除Set_System函数
删除Led_Config函数
注释LED相关的内容
删除USB_Disconnect_Config
接下来主要修改mass_mal部分，我这里是只有一个flash，所以我修改成如下：
头文件
下面修改memory文件，主要修改变量定义，C文件和H文件分别如下
接下来是usb_scsi部分的变量定义
这时候再次编译就发现没有错误了，但是这个地方USB中断部分还需要配置下，官方用的宏定义方式去实现不同的代码，这里一开始就去掉了宏，所以最终修改如下：
/*******************************************************************************
* Function Name : USB_Interrupts_Config
* Description : Configures the USB interrupts
* Input : None.
* Return : None.
*******************************************************************************/
void USB_Interrupts_Config(void)
{NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;/* Configure the EXTI line 18 connected internally to the USB IP */EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line18);// 开启线18上的中断EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line18; // USB resume from suspend modeEXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising; //line 18上事件上升降沿触发EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); /* Enable the USB interrupt */NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USB_LP_CAN1_RX0_IRQn; //组2，优先级次之 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);/* Enable the USB Wake-up interrupt */NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USBWakeUp_IRQn; //组2，优先级最高 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); }
再注释掉USB_Cable_Config的内容（DP上有1.5K上拉电阻）并修改中断函数
//USB唤醒中断服务函数
void USBWakeUp_IRQHandler(void)
{EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line18);//清除USB唤醒中断挂起位
} 修改pwr的Suspend内容：
void Suspend(void)
{uint32_t i =0;uint16_t wCNTR;__IO uint32_t savePWR_CR=0;/* suspend preparation *//* ... *//*Store CNTR value */wCNTR = _GetCNTR(); /* This a sequence to apply a force RESET to handle a robustness case *//*Store endpoints registers status */for (i=0;i<8;i++) EP[i] = _GetENDPOINT(i);/* unmask RESET flag */wCNTR|=CNTR_RESETM;_SetCNTR(wCNTR);/*apply FRES */wCNTR|=CNTR_FRES;_SetCNTR(wCNTR);/*clear FRES*/wCNTR&=~CNTR_FRES;_SetCNTR(wCNTR);/*poll for RESET flag in ISTR*/while((_GetISTR()&ISTR_RESET) == 0);/* clear RESET flag in ISTR */_SetISTR((uint16_t)CLR_RESET);/*restore Enpoints*/for (i=0;i<8;i++)_SetENDPOINT(i, EP[i]);/* Now it is safe to enter macrocell in suspend mode */wCNTR |= CNTR_FSUSP;_SetCNTR(wCNTR);/* force low-power mode in the macrocell */wCNTR = _GetCNTR();wCNTR |= CNTR_LPMODE;_SetCNTR(wCNTR);Enter_LowPowerMode();
}把USB初始化部分不要的注释掉：
void USB_MSC_Configuration(void)
{
// Set_System();Set_USBClock();
// Led_Config();USB_Interrupts_Config();USB_Init();
// while (bDeviceState != CONFIGURED);// USB_Configured_LED();// while (1)
// {}
}最后在USB初始化之前给U盘定义的数组赋值，不然就只有个盘符
Mass_Memory_Size[0]=1024*1024*4; //w25q64->8M 给4M做U盘Mass_Block_Size[0] =512; //设置SPI FLASH的操作扇区大小为512Mass_Block_Count[0]=Mass_Memory_Size[0]/Mass_Block_Size[0];USB_MSC_Configuration();
编译下载后就可以正常运行了。
传输文件、新建文件夹都可以了，就是传输速度感人。
以上就是USB虚拟U盘的所有内容了，内容太多而且复杂，所以如果真的想亲手试试，还是要点耐心的。虽然能学到的并不是很多，这里主要可以干茶mass_mal部分，可以学到不少东西，方便以后的熟练运用。我这里也是为以后更进一步的开发做铺垫。
By Urien 2019年10月27日 03:19:23
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