「正点原子NANO STM32F103开发板资料连载」第三十二章 USB 读卡器实验

1）实验平台：【正点原子】 NANO STM32F103 开发板
2）摘自《正点原子STM32 F1 开发指南(NANO 板-HAL 库版)》关注官方微信号公众号，获取更多资料：正点原子



第三十二章 USB 读卡器实验
上一章我们向大家介绍了如何利用 STM32 的 USB 来做一个 USB 虚拟串口，本章我们将利用 STM32 的 USB 来做一个 USB 读卡器。本章分为如下几个部分：
32.1 USB 读卡器简介
32.2 硬件设计
323 软件设计
32.4 下载验证
32.1 USB 读卡器简介
ALIENTEK NANO STM32 开发板板载了一个 2M 字节的 SPI FLASH 芯片，通过 STM32
的 USB 接口，我们可以实现一个简单的 USB 读卡器，来读写 SPI FLASH。
本章我们还是通过移植官方的 USB Mass_Storage 例程来实现，该例程在 MDK 的安装目录
下可以找到（..MDKARMExamplesSTSTM32F10xUSBLibDemosMass_Storage）。
USB Mass Storage 类支持两个传输协议：
1）Bulk-Only 传输（BOT）
2）Control/Bulk/Interrupt 传输（CBI）
Mass Storage 类规范定义了两个类规定的请求：Get_Max_LUN 和 Mass Storage Reset，所有
的 Mass Storage 类设备都必须支持这两个请求。
Get_Max_LUN（bmRequestType= 10100001b and bRequest= 11111110b）用来确认设备支持
的逻辑单元数。Max LUN 的值必须是 0~15。注意：LUN 是从 0 开始的。主机不能向不存在的
LUN 发送 CBW，本章我们定义 Max LUN 的值为 1，即代表 2 个逻辑单元。
Mass Storage Reset（bmRequestType=00100001b and bRequest= 11111111b）用来复位 Mass
Storage 设备及其相关接口。
支持 BOT 传输的 Mass Storage 设备接口描述符要求如下：
接口类代码 bInterfaceClass=08h，表示为 Mass Storage 设备；
接口类子代码 bInterfaceSubClass=06h，表示设备支持 SCSI Primary Command-2（SPC-2）；
协议代码 bInterfaceProtocol 有 3 种：0x00、0x01、0x50，前两种需要使用中断传输，最后
一种仅使用批量传输（BOT）。
支持 BOT 的设备必须支持最少 3 个 endpoint：Control, Bulk-In 和 Bulk-Out。USB2.0 的规
范定义了控制端点 0。Bulk-In 端点用来从设备向主机传送数据（本章用端点 1 实现）。Bulk-Out
端点用来从主机向设备传送数据（本章用端点 2 实现）。
ST 官方的例程是通过 USB 来读写 SD 卡（SDIO 方式）和 NAND FALSH，支持 2 个逻辑
单元，我们在官方例程的基础上，只需要修改删除 SD 驱动部分代码，并将对 NAND FLASH
的操作修改为对 SPI FLASH 的操作。只要这两步完成了，剩下的就比较简单了，对底层磁盘的
读写，都是在 mass_mal.c 文件实现的，所以我们只需要修改该函数的 MAL_Init、MAL_Write、
MAL_Read 和 MAL_GetStatus 等 4 个函数，使之与我们的 SPI FLASH 对应起来即可。
32.2 硬件设计
本节实验功能简介：开机的时候先检测 SPI FLASH 是否存在，如果存在则获取其容量，
并打印在串口调试助手（如果不存在，则报错）。之后开始 USB 配置，在配置成功之后就可
以在电脑上发现两个可移动磁盘。我们用 DS1 来指示 USB 正在读写 SPI FLASH，并在串口助
手显示出来，同样我们还是用 DS0 来指示程序正在运行。
所要用到的硬件资源如下：
1） 指示灯 DS0 、DS1
2） 串口
3） USB SLAVE 接口
4） SPI FLASH
这几个部分，在之前的实例中都已经介绍过了，我们在此就不多说了。
32.3 软件设计
本章，我们在第二十四章（实验 19）的基础上修改，首先打开实验 19 的工程，在
HARDWARE 文件夹所在的文件夹下新建一个 USB 的文件夹，并拷贝官方 USB 驱动库相关代
码到该文件夹下，即拷贝：光盘 → 8，STM32 参考资料→STM32 USB 学习资料→
STM32_USB-FS-Device_Lib_V4.0.0→Libraries 文件夹下的 STM32_USB-FS-Device_Driver 文件
夹到该文件夹下面。
然后，在 USB 文件夹下面新建 CONFIG 文件夹，用来存放 USB 读卡器实现的相关代码，
拷贝自：STM32_USB-FS-Device_Lib_V4.0.0→Projects→Mass_Storage→src 和 inc 文件夹。注意：
部分代码是有修改的，并非完全照抄官方代码，具体代码我们就不细说了（详见光盘本例程源
码）。
接下来，我们在工程文件里面新建 USB_CORE 和 USB_CONFIG 分组，分别加入：
USBSTM32_USB-FS-Device_Driversrc 下面的代码和 USBCONFIG 下面的代码。然后把
USBSTM32_USB-FS-Device_Driverinc 和 USBCONFIG 文件夹加入头文件包含路径。
打开 main.c 文件，我们修改 main 函数如下：
int main(void)
{
u8 offline_cnt=0;
u8 tct=0;
u8 USB_STA;
u8 Divece_STA;
HAL_Init(); //初始化 HAL 库
Stm32_Clock_Init(RCC_PLL_MUL9); //设置时钟,72M
delay_init(72); //初始化延时函数
uart_init(115200);
//串口初始化为 115200
LED_Init();
//初始化与 LED 连接的硬件接口
printf("NANO STM32rn");
printf("DHT11 TESTrn");
KEY_Init();
//按键初始化
printf("NANO STM32rn");
printf("USB Card Reader TESTrn");
W25QXX_Init();
if(W25QXX_TYPE!=W25Q16) printf("W25Q16 Error!rn");//检测 SPI FLASH 错误
else //SPI FLASH 正常
{
Mass_Memory_Size[0]=2048*1024;//前 2M 字节
Mass_Block_Size[0] =512;
Mass_Block_Count[0]=Mass_Memory_Size[0]/Mass_Block_Size[0];
printf("SPI FLASH Size:2048KBrn");
}
delay_ms(1800);
USB_Port_Set(0); //USB 先断开
delay_ms(300);
USB_Port_Set(1); //USB 再次连接
printf("USB Connecting...rn");//提示 USB 连接中
Data_Buffer=mymalloc(BULK_MAX_PACKET_SIZE*2*4);
//为 USB 数据缓存区申请内存
Bulk_Data_Buff=mymalloc(BULK_MAX_PACKET_SIZE);
//申请内存
//USB 配置
USB_Interrupts_Config();
Set_USBClock();
USB_Init();
delay_ms(1800);
while(1)
{
delay_ms(1);
if(USB_STA!=USB_STATUS_REG)//状态改变了
{
if(USB_STATUS_REG&0x01)//正在写
{
printf("USB Writing...rn");//提示 USB 正在写入数据
}
if(USB_STATUS_REG&0x02)//正在读
{
printf("USB Reading...rn");//提示 USB 正在读出数据
}
if(USB_STATUS_REG&0x04)printf("USB Write Errrn");//提示写入错误
if(USB_STATUS_REG&0x08)printf("USB Read Errrn");//提示读出错误
USB_STA=USB_STATUS_REG;//记录最后的状态
}
if(Divece_STA!=bDeviceState)
{
if(bDeviceState==CONFIGURED) printf("USB Connectedrn");
//提示 USB 连接已经建立
else printf("USB DisConnectedrn");//提示 USB 被拔出了
Divece_STA=bDeviceState;
}
tct++;
if(tct==200)
{
tct=0;
LED0=!LED0;//提示系统在运行
if(USB_STATUS_REG&0x10)
{
offline_cnt=0;//USB 连接了,则清除 offline 计数器
bDeviceState=CONFIGURED;
}else//没有得到轮询
{
offline_cnt++;
if(offline_cnt>10)bDeviceState=UNCONNECTED;
//2s 内没收到在线标记,代表 USB 被拔出了
}
USB_STATUS_REG=0;
}
}
}
通过此部分代码就可以实现了我们之前在硬件设计部分描述的功能，这里我们用到了一个
全局变量 USB_STATUS_REG，用来标记 USB 的相关状态，这样我们就可以在串口调试助手查
看当前 USB 的状态了。
软件设计部分就为大家介绍到这里。
32.4 下载验证
在代码编译成功之后，我们通过下载代码 NANO STM32F103 开发板上，在 USB 配置成功
后（注意：USB 数据线，要插在开发板的 USB_SLAVE 口!），串口助手打印如图 32.4.1 所示：



此时，电脑提示发现新硬件，并自动安装驱动，如图 32.4.2 所示：


等 USB 配置成功后，DS1 不亮，DS0 闪烁，并且在电脑上可以看到我们的磁盘，如图 32.4.3
所示：


我们打开设备管理器，在通用串行总线控制器里面可以发现多出了一个 USB Mass Storage
Device，同时看到磁盘驱动器里面多了 1 个磁盘，如图 32.4.4 所示：


此时，我们就可以通过电脑读写 SPI FLASH 里面的内容了。在执行读写操作的时候，就可
以看到 DS1 亮，并且会在串口调试助手上打印当前的读写状态。
注意，在对 SPI FLASH 操作的时候，最好不要频繁的往里面写数据，否则很容易将 SPI
FLASH 写爆！！