零死角玩转stm32-高级篇6、UsbDevice（模拟U盘）

-第 2 页- 0、 友情提示 《零死角玩转 STM32》系列教程由初级篇、中级篇、高级篇、系统篇、 四个部分组成，根据野火 STM32 开发板旧版教程升级而来，且经过重新深入编 写，重新排版，更适合初学者，步步为营，从入门到精通，从裸奔到系统，让 您零死角玩转 STM32。M3 的世界，与野火同行，乐意惬无边。 另外，野火团队历时一年精心打造的《STM32 库开发实战指南》将于今 年 10 月份由机械工业出版社出版，该书的排版更适于纸质书本阅读以及更有利 于查阅资料。内容上会给你带来更多的惊喜。是一本学习 STM32 必备的工具 书。敬请期待！ -第 3 页- 6、UsbDevice（模拟 U 盘） 6.1 实验描述及文件清单 实验描述 这是一个 USB Mass Storage 实验，用 USB 线连接 PC 机 与开发板，在电脑上就可以像操作普通 U 盘那样来操作开发 板中的 MicroSD 卡，并在超级终端中打印出相应的调试信 息。在这里野火用的 MicroSD 卡的容量是 1G。 硬件连接 PE3-USB-MODE (PE3 为普通 I/O) PA11-USBDM(D-) PA12-USBDP(D+) 用到的库文件 startup/start_stm32f10x_hd.c CMSIS/core_cm3.c CMSIS/system_stm32f10x.c FWlib/stm32f10x_gpio.c FWlib/stm32f10x_rcc.c FWlib/stm32f10x_usart.c FWlib/misc.c FWlib/stm32f10x_dma.c FWlib/stm32f10x_sdio.c FWlib/stm32f10x_flash.c 用户编写的文件 USER/main.c USER/stm32f10x_it.c USER/usart1.c USER/sdcard.c USER/usb_istr.c USER/usb_prop.c -第 4 页- USER/usb_pwr.c USER/hw_config.c USER/memory.c USB 文件 usb_core.c usb_init.c usb_mem.c usb_regs.c usb_bot.c usb_scsi.c usb_data.c usb_desc.c usb_endp.c 其中 USER 文件夹下红色标注的 5 个 c 文件也是 USB 库文件，只因为我们 需要修改它们才没有把它们放在 USBLIB 目录下。 stm32f10x_it.c：该文件中包含 USB 中断服务程序，由于 USB 中断有很多情 况，这里的中断服务程序只是调用 usb_Istr.c 文件中的 USB_Istr 函数，由 USB_Istr 函数再做轮询处理。 usb_istr.c：该文件中只有一个函数，即 USB 中断的 USB_Istr 函数，该函数对 各类引起 USB 中断的事件作轮询处理。 usb_prop.c：该文件用于实现相关设备的 USB 协议，例如初始化、SETUP 包、 IN 包、OUT 包等等。 usb_pwr.c：该文件中包含处理上电、调电、挂起和恢复事件的函数。 memory.c：该文件中包含 USB 读写 SD 卡的函数。 hw_config.c：该文件中包含系统配置的函数。 -第 5 页- 野火 STM32 开发板中 USB 硬件原理图 6.2 USB 简介 USB 模块为 PC 主机和微控制器所实现的功能之间提供了符合 USB 规范的 通信连接。PC 主机和微控制器之间的数据传输是通过共享一专用的数据缓冲区 来完成的，该数据缓冲区能被 USB 外设直接访问。这块专用数据缓冲区的大小 由所使用的端点数目和每个端点最大的数据分组大小所决定，每个端点最大可 使用 512 字节缓冲区，最多可用于 16 个单向或 8 个双向端点。 USB 模块同 PC 主机通信，根据 USB 规范实现令牌分组的检测，数据发送/ 接收的处理，和握手分组的处理。整个传输的格式由硬件完成，其中包括 CRC 的生成和校验。每个端点都有一个缓冲区描述块，描述该端点使用的缓冲区地 址、大小和需要传输的字节数。当 USB 模块识别出一个有效的功能/端点的令 牌分组时，(如果需要传输数据并且端点已配置)随之发生相关的数据传输。 USB 模块通过一个内部的 16 位寄存器实现端口与专用缓冲区的数据交换。 在所有的数据传输完成后，如果需要，则根据传输的方向，发送或接收适当的 握手分组。在数据传输结束时，USB 模块将触发与端点相关的中断，通过读状 态寄存器和/或者利用不同的中断处理程序，微控制器可以确定： ● 哪个端点需要得到服务 ● 产生如位填充、格式、CRC、协议、缺失 ACK、缓冲区溢出/缓冲区未 满等错误时，正在进行的是哪种类型的传输。 -第 6 页- 有关更多 USB 的介绍请参考《STM32 参考中文》。USB 是一个很复 杂的设备，要想全面的学习 USB，光靠做完这个实验和看《STM32 参考手册中 文》是远远不够的，还要大量阅读 ST 的官方 USB 文档。还有网上有本关于 USB 方面的书《圈圈教你学 USB》很不错，大家可以去买来研究研究。总之， 一句话，USB 耐学，^_^。 6.3 友情提示 USB 是一个比较复杂的知识点，单单 USB 就可以出一本书，在这里野火不 可能为大家讲解地非常详细，但这个文档可以为大家扫清代码阅读的障碍。要 想更深入的学习 USB，仍需大家的努力，网上有本叫《圈圈教你学 USB》的书就将得非常好，有兴趣的朋友可以买来看看，虽然有电子版，但大 伙还是买本书支持下圈圈，毕竟圈圈写书也不容易呀^_^…… 6.4 实验讲解 在配置好我们需要用到的库文件之后，我们就从 main 函数开始，关 于如何添加库文件请参考前面的教程，这里不再详述。 1. /* 2. * 函数名：main 3. * 描述 ：无 4. * 输入 ：无 5. * 输出 ：无 6. */ 7. int main(void) 8. { 9. /* 配置系统时钟为 72M */ 10. SystemInit(); 11. 12. /* 串口 1 配置 15200-8-N-1 */ 13. USART1_Config(); 14. 15. /* SD 卡中断配置，优先级最高 */ 16. NVIC_Configuration(); 17. 18. /* 等待 SD 卡底层初始化成功 */ 19. while ( SD_USER_Init() != SD_OK ); 20. 21. 22. /* 获取 SD 卡容量信息，并在串口打印出来 */ 23. Get_Medium_Characteristics(); 24. 25. /* 配置 USB 时钟为 48M */ 26. Set_USBClock(); 27. 28. /* 配置 USB 中断 */ 29. USB_Interrupts_Config(); -第 7 页- 30. 31. /* 配置 USB D+ 线为全速模式 */ 32. USB_Cable_Config (ENABLE); 33. 34. /* USB 系统初始化 */ 35. USB_Init(); 36. 37. /* 等待 USB 中断到来，在中断函数中进行数据的传输 */ 38. while (1) 39. { 40. } 41. } 系统库函数 SystemInit();将系统时钟配置为 72MHZ， USART1_Config();初始化 等下要用到的串口 1，用于打印 MicroSD 卡的容量信息。有关这两个函数的详 细介绍请参考前面的教程，这里不再详述。 NVIC_Configuration();用于配置 MicroSD 卡的中断优先级，本实验中配置为最 高优先。 while ( SD_USER_Init() != SD_OK );用于等待 MicroSD 卡底层硬件初始化成功， SD_USER_Init()在 sdcard.c 中实现。只有这个初始化成功了，接下来才能通过 USB 的方式来访问，所以才采用 while ( );的写法，如果初始化不成功的话则一 直等待，直到初始化成功为止。SD_USER_Init()在 main.c 中实现。 Get_Medium_Characteristics();用来获取 MicroSD 卡的容量信息，并通过串口 1 在超级终端中打印出来。Get_Medium_Characteristics();也在 main.c 中实现。 Set_USBClock();将 USB 的时钟设置为 48MHZ，其实 USB 的时钟必须设置为 48MHZ，如下图所示，截图来自《STM32 参考手册中文》第 47 页。 Set_USBClock();在 hw_config.c 中实现。 1. /* 2. * 函数名：Set_USBClock 3. * 描述 ：配置 USB 时钟(48M) 4. * 输入 ：无 5. * 输出 ：无 -第 8 页- 6. */ 7. void Set_USBClock(void) 8. { 9. /* USBCLK = PLLCLK */ 10. RCC_USBCLKConfig(RCC_USBCLKSource_PLLCLK_1Div5); 11. 12. /* Enable USB clock */ 13. RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USB, ENABLE); 14. } USB_Interrupts_Config();用于配置 USB 的中断优先级，本实验中 USB 的中断优 先级次于 MicroSD 卡的中断优先级。USB_Interrupts_Config();在 hw_config.c 中实 现。 USB_Cable_Config (ENABLE); 用于配置 USB D+ 这跟数据线为全速模式，即 D+ 这根数据线接一个上拉电阻。当 D-数据线接上拉电阻时则工作于低速模式。 USB_Cable_Config (); 在 hw_config.c 中实现： 1. /* 2. * 函数名：USB_Cable_Config 3. * 描述 ：Software Connection/Disconnection of USB Cable 4. * 输入 ：-NewState: new state 5. * 输出 ：无 6. */ 7. void USB_Cable_Config (FunctionalState NewState) 8. { 9. GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; 10. RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE); 11. 12. /* PE3 输出 0 时 D+ 接上拉电阻工作于全速模式 */ 13. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3; 14. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; 15. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD; /* 开漏输出 */ 16. GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure); 17. 18. if (NewState != DISABLE) 19. { 20. GPIO_ResetBits(GPIOE, GPIO_Pin_3); /* USB 全速模式 */ 21. } 22. else 23. { 24. GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_3); /* 普通模式 */ 25. } 26. } 在硬件上我们通过 I/O 控制一个三极管的通断来决定 D+这跟数据线是 否上拉： -第 9 页- USB_Init();用于系统初始化，USB_Init();在 usb_init.c 中实现： 1. /******************************************************** 2. * Function Name : USB_Init 3. * Description : USB system initialization 4. * Input : None. 5. * Output : None. 6. * Return : None. 7. *********************************************************/ 8. void USB_Init(void) 9. { 10. pInformation = &Device_Info; 11. pInformation->ControlState = 2; 12. pProperty = &Device_Property; 13. pUser_Standard_Requests = &User_Standard_Requests; 14. /* Initialize devices one by one */ 15. pProperty->Init(); 16. } 如果我们在调试程序时，不成功的话，一般都是这个函数出了问，而一 般的问题又会是硬件的问题，我当初调试的时候就郁闷了很久。 最后让程序在一个 while (1) { } 无限循环总等待 USB 中断的到来，然后进 行中断服务程序的处理。USB 中断函数 void USB_Istr(void)在 usb_istr.c 中实现： 1. /********************************************************** 2. * Function Name : USB_Istr 3. * Description : ISTR events interrupt service routine 4. * Input : None. 5. * Output : None. 6. * Return : None. 7. **********************************************************/ 8. void USB_Istr(void) -第 10 页- 9. { 10. wIstr = _GetISTR(); 11. 12. #if (IMR_MSK & ISTR_RESET) 13. if (wIstr & ISTR_RESET & wInterrupt_Mask) 14. { 15. _SetISTR((u16)CLR_RESET); 16. Device_Property.Reset(); 17. #ifdef RESET_CALLBACK 18. RESET_Callback(); 19. #endif 20. } 21. #endif 22. /*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*/ 23. #if (IMR_MSK & ISTR_DOVR) 24. if (wIstr & ISTR_DOVR & wInterrupt_Mask) 25. { 26. _SetISTR((u16)CLR_DOVR); 27. #ifdef DOVR_CALLBACK 28. DOVR_Callback(); 29. #endif 30. } 31. #endif 32. /*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*/ 33. #if (IMR_MSK & ISTR_ERR) 34. if (wIstr & ISTR_ERR & wInterrupt_Mask) 35. { 36. _SetISTR((u16)CLR_ERR); 37. #ifdef ERR_CALLBACK 38. ERR_Callback(); 39. #endif 40. } 41. #endif 42. /*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*/ 43. #if (IMR_MSK & ISTR_WKUP) 44. if (wIstr & ISTR_WKUP & wInterrupt_Mask) 45. { 46. _SetISTR((u16)CLR_WKUP); 47. Resume(RESUME_EXTERNAL); 48. #ifdef WKUP_CALLBACK 49. WKUP_Callback(); 50. #endif 51. } 52. #endif 53. /*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*/ 54. #if (IMR_MSK & ISTR_SUSP) 55. if (wIstr & ISTR_SUSP & wInterrupt_Mask) 56. { 57. 58. /* check if SUSPEND is possible */ 59. if (fSuspendEnabled) 60. { 61. Suspend(); 62. } 63. else 64. { 65. /* if not possible then resume after xx ms */ 66. Resume(RESUME_LATER); 67. } 68. /* clear of the ISTR bit must be done after setting of CNTR_FSUSP */ 69. _SetISTR((u16)CLR_SUSP); 70. #ifdef SUSP_CALLBACK 71. SUSP_Callback(); 72. #endif 73. } 74. #endif 75. /*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*/ 76. #if (IMR_MSK & ISTR_SOF) 77. if (wIstr & ISTR_SOF & wInterrupt_Mask) 78. { 79. _SetISTR((u16)CLR_SOF); 80. bIntPackSOF++; 81. 82. #ifdef SOF_CALLBACK 83. SOF_Callback(); 84. #endif 85. } -第 11 页- 86. #endif 87. /*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*/ 88. #if (IMR_MSK & ISTR_ESOF) 89. if (wIstr & ISTR_ESOF & wInterrupt_Mask) 90. { 91. _SetISTR((u16)CLR_ESOF); 92. /* resume handling timing is made with ESOFs */ 93. Resume(RESUME_ESOF); /* request without change of the machine state */ 94. 95. #ifdef ESOF_CALLBACK 96. ESOF_Callback(); 97. #endif 98. } 99. #endif 100. /*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*- */ 101. #if (IMR_MSK & ISTR_CTR) 102. if (wIstr & ISTR_CTR & wInterrupt_Mask) 103. { 104. /* servicing of the endpoint correct transfer interrupt */ 105. /* clear of the CTR flag into the sub */ 106. CTR_LP(); 107. #ifdef CTR_CALLBACK 108. CTR_Callback(); 109. #endif 110. } 111. #endif 112. } /* USB_Istr */ 实验到了这里，我们已经可以通过 USB 来操作我们开发板上的 MicroSD 卡 了。有关更多实验的细节请大家阅读源码。 6.5 实验现象 将野火 STM32 开发板供电(DC5V)，插上 JLINK，插上 MicroSD 卡，插上方 口的 USB 线，将编译好的程序下载到开发板，如果程序运行成功，则可在电脑 上看到开发板上的 U 盘(我用的是 1G 的卡)，如下所示： -第 12 页- 打开 U 盘，可看到里面的文件。还可以进行新建、复制、粘贴、格式化等 操作。与操作我们的普通 U 盘没什么区别。 -第 13 页- 友情提示 6、UsbDevice（模拟U盘） 6.1 实验描述及工程文件清单 6.2 USB简介 6.3友情提示 6.4实验讲解 6.5实验现象