如何使用 M032 系列微控制器 （MCU） 实现 USB 磁盘和 FatFs 功能？

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要使用 M032 系列微控制器 实现 USB 磁盘和 FatFs 功能，需结合 USB Mass Storage Class (MSC) 协议和 FatFs 文件系统库。以下是详细步骤和代码框架：

1. 硬件准备

• 开发板：如 NuMaker-M032SE/M032KI。


• 存储介质：SPI Flash 或 SD 卡（通过 SPI/SDIO 接口连接）。


• USB 接口：确保 USB DP/DM 引脚正确连接。

2. 软件环境

• IDE：Keil MDK 或 IAR Embedded Workbench。


• BSP：安装 NuMicro M032 BSP。


• 库依赖：
  
  
  
  • USB Device Library：提供 MSC 协议栈。
  
  
  • FatFs R0.14+：文件系统库（下载地址）。
  
  

3. 步骤概述

1. 初始化存储介质（如 SPI Flash）。


2. 集成 FatFs 并实现磁盘访问接口。


3. 配置 USB MSC 并链接到 FatFs。


4. 处理 USB 事件 和存储访问同步。

4. 代码实现

(1) 初始化存储介质（以 SPI Flash 为例）

#include "NuMicro.h"



void SPI_FLASH_Init(void) {

    // 启用 SPI0 时钟

    CLK_EnableModuleClock(SPI0_MODULE);

    // 配置 SPI0 引脚 (CLK0: PB2, MISO0: PB3, MOSI0: PB4)

    SYS->GPB_MFP0 = (SYS->GPB_MFP0 & ~(SYS_MFP_PB2_Msk | SYS_MFP_PB3_Msk | SYS_MFP_PB4_Msk))

                   | (SYS_MFP_PB2_SPI0_CLK | SYS_MFP_PB3_SPI0_MISO | SYS_MFP_PB4_SPI0_MOSI);

    // SPI 配置：主机模式, 模式 0, 1 MHz

    SPI_Open(SPI0, SPI_MASTER, SPI_MODE_0, 8, 1000000);

}

(2) 集成 FatFs 并实现磁盘 I/O

diskio.c（实现 FatFs 的底层接口）：

#include "ff.h"

#include "diskio.h" 



DSTATUS disk_status(BYTE pdrv) {

    return RES_OK;  // 假设磁盘始终就绪

}



DSTATUS disk_initialize(BYTE pdrv) {

    SPI_FLASH_Init(); // 初始化 SPI Flash

    return RES_OK;

}



DRESULT disk_read(BYTE pdrv, BYTE *buff, LBA_t sector, UINT count) {

    for (UINT i = 0; i < count; i++) {

        SPI_FLASH_Read(sector + i, buff + i * FF_MAX_SS); // 假设扇区大小=512字节

    }

    return RES_OK;

}



DRESULT disk_write(BYTE pdrv, const BYTE *buff, LBA_t sector, UINT count) {

    for (UINT i = 0; i < count; i++) {

        SPI_FLASH_Write(sector + i, buff + i * FF_MAX_SS);

    }

    return RES_OK;

}



DRESULT disk_ioctl(BYTE pdrv, BYTE cmd, void *buff) {

    switch (cmd) {

        case GET_SECTOR_COUNT:  // 总扇区数

            *(LBA_t*)buff = SPI_FLASH_SIZE / FF_MAX_SS;

            break;

        case GET_SECTOR_SIZE:   // 扇区大小

            *(WORD*)buff = FF_MAX_SS;

            break;

        case CTRL_SYNC:         // 同步缓存

            SPI_FLASH_Sync();

            break;

        default: return RES_PARERR;

    }

    return RES_OK;

}

(3) 配置 USB MSC 设备

main.c（关键部分）：

#include "NuMicro.h"

#include "ff.h"

#include "diskio.h"

#include "usbd.h"

#include "msc.h"



FATFS g_fs;  // FatFs 工作区

BYTE g_usbd_buff[FF_MAX_SS]; // 读写缓冲区



// USB MSC 回调函数

int32_t MSC_Read(uint32_t lba, uint8_t *buf, uint32_t buf_len) {

    UINT br;

    // 使用 FatFs 读取扇区

    f_read(&g_fs.drv[0], buf, buf_len / FF_MAX_SS, &br);

    return 0;

}



int32_t MSC_Write(uint32_t lba, uint8_t *buf, uint32_t buf_len) {

    UINT bw;

    // 使用 FatFs 写入扇区

    f_write(&g_fs.drv[0], buf, buf_len / FF_MAX_SS, &bw);

    return 0;

}



void MSC_OtherRequest(void) {

    // 处理 SCSI 命令（如获取容量）

    switch (g_usbd_scsi_cmd[0]) {

        case SCSI_READ_CAPACITY:

            // 填充磁盘容量信息

            break;

        // 其他命令...

    }

}



int main() {

    // 初始化 SPI Flash

    SPI_FLASH_Init();



    // 挂载文件系统

    f_mount(&g_fs, "0:", 1);  // "0:" 表示物理磁盘0



    // 初始化 USB MSC 设备

    USBD_Open(&gsInfo, MSC_ClassRequest, NULL);

    MSC_SetCallbacks(MSC_Read, MSC_Write, MSC_OtherRequest);

    USBD_Start();



    while (1) {

        // 处理 USB 事件和文件系统任务

        USBD_ProcessSetupPacket();

    }

}

5. 关键配置

1. 
   

   USB 时钟设置：

   
   
   
   
   • 在 SystemInit() 中配置 USB 时钟源（HIRC/HXT）和 PLL。
     

     CLK_SetCoreClock(72000000);       // 设置主频 72 MHz
     
     CLK_EnableModuleClock(USBD_MODULE);
     
     CLK_SetModuleClock(USBD_MODULE, 0, CLK_CLKDIV0_USB(3)); // USB 时钟 = 48 MHz

   
   
   
   


2. 
   

   USB 引脚配置：

   
   

   SYS->GPA_MFP0 |= SYS_MFP_PA12_USB_DP | SYS_MFP_PA13_USB_DM;

   
   


3. 
   

   SCSI 命令处理：

   
   
   
   
   • 在 MSC_OtherRequest() 中实现 SCSI_READ_CAPACITY、SCSI_INQUIRY 等标准命令。
   
   
   
   

6. 调试技巧

1. 
   

   格式化存储介质：
   首次使用时，在 PC 端格式化磁盘（FAT32）或调用 f_mkfs("0:", FM_FAT32, 0, g_usbd_buff, sizeof(g_usbd_buff))。

   
   


2. 
   

   日志输出：
   通过 UART 打印调试信息（如 printf("Read LBA: %dn", lba);）。

   
   


3. 
   

   USB 枚举检查：

   
   
   
   
   • 使用 USBlyzer 或 Wireshark 监控 USB 枚举过程。
   
   
   
   

7. 常见问题

• 
  

  问题：PC 无法识别 USB 磁盘。
  
  解决：检查 USB 描述符（USBD_ConfigDescriptor[]）是否正确，并确保 MSC 回调函数无错误。

  
  


• 
  

  问题：文件读写失败。
  
  解决：验证 disk_read/disk_write 的扇区地址和长度，确保 SPI Flash 底层驱动正确。

  
  

示例工程

参考 NuMicro BSP 中的示例代码：

• SampleCodeStdDriverUSBD_MSC_Flash


• SampleCodeStdDriverUSBD_MSC_SD

将 FatFs 集成到现有 USB MSC 工程中，替换存储访问函数即可。

通过以上步骤，M032 MCU 即可实现 USB 磁盘和 FatFs 功能。