「ALIENTEK 阿波罗 STM32F767 开发板资料连载」第六十四章 USB U 盘(Host)实验

1）实验平台：alientek 阿波罗 STM32F767 开发板
2）摘自《STM32F7 开发指南(HAL 库版)》关注官方微信号公众号，获取更多资料：正点原子



第六十四章 USB U 盘(Host)实验
前面两章，我们介绍了 STM32F767 的 USB SLAVE 应用，本章我们介绍 STM32F767 的 USB
HOST 应用，即通过 USB HOST 功能，实现读写 U 盘/读卡器等大容量 USB 存储设备。本章分为如下几个部分：
64.1 U 盘简介
64.2 硬件设计
64.3 软件设计
64.4 下载验证
64.1 U 盘简介
U 盘，全称 USB 闪存盘，英文名“USB flash disk”。它是一种使用 USB 接口的无需物理驱
动器的微型高容量移动存储产品，通过 USB 接口与主机连接，实现即插即用，是最常用的移动
存储设备之一。
STM32F767 的 USB OTG FS 支持 U 盘，并且 ST 官方提供了 USB HOST 大容量存储设备
（MSC）例程，ST 官方例程路径：光盘8，STM32 参考资料STM32 USB 学习资料
STM32_USB-Host-Device_Lib_V2.2.0ProjectUSB_Host_ExamplesMSC。本章代码，我
们就要移植该例程到阿波罗 STM32 开发板上，以通过 STM32F767 的 USB HOST 接口，读写 U
盘或 SD 卡读卡器等设备。
64.2 硬件设计
本章实验功能简介：开机后，检测字库，然后初始化 USB HOST，并不断轮询。当检测并
识别 U 盘后，在 LCD 上面显示 U 盘总容量和剩余容量，此时便可以通过 USMART 调用 FATFS
相关函数，来测试 U 盘数据的读写了，方法同 FATFS 实验一模一样。当 U 盘没插入的时候，
DS0 闪烁，提示程序运行，当 U 盘插入后，DS1 闪烁，提示可以通过 USMART 测试了。
所要用到的硬件资源如下：
1） 指示灯 DS0 、DS1。
2） 串口
3） LCD 模块
4） SPI FLASH
5） USB HOST 接口
前面 4 部分，在之前的实例中都介绍过了，我们在此就不介绍了。接下来看看我们电脑 USB
与 STM32 的 USB HOST 连接口。
ALIENTEK 阿波罗 STM32 开发板的 USB HOST 接口采用的是侧式 USB-A 座，它和 USB
SLAVE 的 5PIN MiniUSB 接头是共用 USB_DM 和 USB_DP 信号的，所以 USB HOST 和 USB
SLAVE 不能同时使用。USB HOST 同 STM32 的连接原理图，如图 64.2.1 所示：


图 64.2.1 USB HOST 接口与 STM32F767 的连接原理图
从上图可以看出，USB_HOST 和 USB_SLAVE 共用 USB_DM/DP 信号，通过 P10 连接到
STM32F767。所以我们需要通过跳线帽将 PA11 和 PA12 分别连接到 D-和 D+，如图 64.2.2 所示：



图 64.2.2 硬件连接示意图
图 64.2.1 中，我们还有一个 USB_PWR 的控制信号，用于控制给 USB 设备供电，该信号
连接在 PCF8574T 的 P3 口上面，通过 PCF874T 进行间接控制。PCF8574T 的使用说明见第三十
一章 IO 扩展实验。
使用 USB HOST 驱动外部 USB 设备的时候，必须要先控制 USB_PWR 输出 1，给外部设
备供电，之后才可以识别到外部设备！
64.3 软件设计
本章，我们在：实验 44 图片显示实验 的基础上修改，代码移植自 ST 官方例程：
STM32_USB-Host-Device_Lib_V2.2.0ProjectUSB_Host_ExamplesMSC，我打开该例程（用 IAR
打开）即可知道 USB 相关的代码有哪些，如图 64.3.1 所示：


图 64.3.1 ST 官方例程 USB 相关代码
有了这个官方例程做指引，我们就知道具体需要哪些文件，从而实现本章例程。
这里面 u***h_msc_fatfs.c，是为了支持 fatfs 而写的一些底层接口函数，我们例程就直接放到
diskio.c 里面了，方便统一管理。
本例程的具体移植步骤，我们这里就不一一介绍了，最终移植好之后的工程截图，如图
64.3.2 所示：


图 64.3.2 添加 USB 驱动等相关代码
注意：为了支持 STM32F7，USB OTG 库部分代码要做修改，详见 61.3 节的介绍（USB
HOST 实验只需要修改 u***_core.c 这一个文件就可以支持 STM32F7 了）。
移植时，我们重点要修改的就是 USB_APP 文件夹下面的代码。其他代码（USB_OTG 和
USB_HOST 文件夹下的代码）一般不用修改。
u***_bsp.c 的代码，和上一章的一样，可以用上一章的代码直接替换即可正常使用。
u***h_usr.c 提供用户应用层接口函数，相比前两章例程，USB HOST 通信的回调函数更多
一些，这里重点介绍 3 个函数，代码如下：
extern u8 USH_User_App(void); //用户测试主程序
//USB HOST MSC 类用户应用程序
int USBH_USR_MSC_Application(void)
{
u8 res=0;
switch(AppState)
{case USH_USR_FS_INIT://初始化文件系统
printf("开始执行用户程序!!!rn");
AppState=USH_USR_FS_TEST;
break;
case USH_USR_FS_TEST: //执行 USB OTG 测试主程序
res=USH_User_App(); //用户主程序
if(res)AppState=USH_USR_FS_INIT;
break;
default:break;
}
return res;
}
//用户定义函数,实现 fatfs diskio 的接口函数
extern USBH_HOST USB_Host;
//读 U 盘
//buf:读数据缓存区
//sector:扇区地址
//cnt:扇区个数
//返回值:错误状态;0,正常;其他,错误代码;
u8 USBH_UDISK_Read(u8* buf,u32 sector,u32 cnt)
{
u8 res=1;
if(HCD_IsDeviceConnected(&USB_OTG_Core)&&AppState==USH_USR_FS_TEST)
//连接还存在,且是 APP 测试状态
{
do
{
res=USBH_MSC_Read10(&USB_OTG_Core,buf,sector,512*cnt);
USBH_MSC_HandleBOTXfer(&USB_OTG_Core ,&USB_Host);
if(!HCD_IsDeviceConnected(&USB_OTG_Core))
{
res=1;//读写错误
break;
};
}while(res==USBH_MSC_BUSY);
}else res=1;
if(res==USBH_MSC_OK)res=0;
return res;
}
//写 U 盘
//buf:写数据缓存区
//sector:扇区地址
//cnt:扇区个数//返回值:错误状态;0,正常;其他,错误代码;
u8 USBH_UDISK_Write(u8* buf,u32 sector,u32 cnt)
{
u8 res=1;
if(HCD_IsDeviceConnected(&USB_OTG_Core)&&AppState==USH_USR_FS_TEST)
//连接还存在,且是 APP 测试状态
{
do
{
res=USBH_MSC_Write10(&USB_OTG_Core,buf,sector,512*cnt);
USBH_MSC_HandleBOTXfer(&USB_OTG_Core ,&USB_Host);
if(!HCD_IsDeviceConnected(&USB_OTG_Core))
{
res=1;//读写错误
break;
};
}while(res==USBH_MSC_BUSY);
}else res=1;
if(res==USBH_MSC_OK)res=0;
return res;
}其中，USBH_USR_MSC_Application 函数通过状态机的方式，处理相关事务，执行到这个
函数，说明 U 盘已经被成功识别了，此时用户可以执行一些自己想要做的事情，比如读取 U 盘
文件什么的，这里我们直接进入到 USH_User_App 函数，执行各种处理，后续会介绍该函数。
USBH_UDISK_Read 和 USBH_UDISK_Write 这两个函数，用于 U 盘读写，从指定扇区地
址读写指定个数的扇区数据，这两个函数，再配合 fatfs，即可实现对 U 盘的文件读写访问。
其他代码，我们就不详细讲解了，请大家参考光盘本例程源码，最后看看 main.c 代码如下：
USBH_HOST USB_Host;
USB_OTG_CORE_HANDLE USB_OTG_Core;
//用户测试主程序
//返回值:0,正常
// 1,有问题
u8 USH_User_App(void)
{
u8 led1sta=1; u8 res=0; u32 total,free;
Show_Str(30,140,200,16,"设备连接成功!.",16,0);
f_mount(fs[3],"3:",1); //重新挂载 U 盘
res=exf_getfree("3:",&total,&free);
if(res==0)
{
POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色
LCD_ShowString(30,160,200,16,16,"FATFS OK!");
LCD_ShowString(30,180,200,16,16,"U Disk Total Size: MB");
  LCD_ShowString(30,200,200,16,16,"U Disk Free Size: MB");
LCD_ShowNum(174,180,total>>10,5,16);//显示 U 盘总容量 MB
LCD_ShowNum(174,200,free>>10,5,16);
}
while(HCD_IsDeviceConnected(&USB_OTG_Core))//设备连接成功
{
LED1(led1sta^=1);
delay_ms(200);
}
LED1(1); //关闭 LED1
f_mount(0,"3:",1); //卸载 U 盘
POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色
Show_Str(30,140,200,16,"设备连接中...",16,0);
LCD_Fill(30,160,239,220,WHITE);
return res;
}
int main(void) {
u8 t;

Cache_Enable(); //打开 L1-Cache
HAL_Init(); //初始化 HAL 库
Stm32_Clock_Init(432,25,2,9); //设置时钟,216Mhz
delay_init(216); //延时初始化
uart_init(115200); //串口初始化
LED_Init(); //初始化 LED
KEY_Init(); //初始化按键
SDRAM_Init(); //初始化 SDRAM
LCD_Init(); //初始化 LCD
W25QXX_Init(); //初始化 W25Q256
PCF8574_Init(); //初始化 PCF8574
my_mem_init(SRAMIN); //初始化内部内存池
my_mem_init(SRAMEX); //初始化外部内存池
my_mem_init(SRAMDTCM); //初始化 DTCM 内存池
exfuns_init(); //为 fatfs 相关变量申请内存
f_mount(fs[0],"0:",1); //挂载 SD 卡
f_mount(fs[1],"1:",1); //挂载 SPI FLASH.
f_mount(fs[2],"2:",1); //挂载 NAND FLASH.
POINT_COLOR=RED;
while(font_init()) //检查字库
{
LCD_ShowString(60,50,200,16,16,"Font Error!");
delay_ms(200);
  LCD_Fill(60,50,240,66,WHITE);//清除显示
delay_ms(200);
}
Show_Str(30,50,200,16,"阿波罗 STM32F4/F7 开发板",16,0);
Show_Str(30,70,200,16,"USB U 盘实验",16,0);
Show_Str(30,90,200,16,"2016 年 8 月 11 日",16,0);
Show_Str(30,110,200,16,"正点原子@ALIENTEK",16,0);
Show_Str(30,140,200,16,"设备连接中...",16,0);
//初始化 USB 主机
USBH_Init(&USB_OTG_Core,USB_OTG_FS_CORE_ID,&USB_Host,
&USBH_MSC_cb,&USR_cb);
while(1)
{
USBH_Process(&USB_OTG_Core, &USB_Host);
delay_ms(1);
t++;
if(t==200)
{
LED0_Toggle;
t=0;
}
}
}相比 USB SLAVE 例程，我们这里多了一个 USB_HOST 的结构体定义：USB_Host，用于
存储主机相关状态。所以，使用 USB 主机的时候，需要两个结构体：USB_OTG_CORE_HANDLE
和 USB_HOST。
然后，USB 初始化，使用的是 USBH_Init，用于 USB 主机初始化，包括对 USB 硬件和 USB
驱动库的初始化。如果是：USB SLAVE 通信，则只需要调用 USBD_Init 函数即可，不过 USB
HOST 则还需要调用另外一个函数 USBH_Process，该函数用于实现 USB 主机通信的核心状态
机处理，该函数必须在主函数里面，被循环调用，而且调用频率得比较快才行（越快越好），以
便及时处理各种事务。注意，USBH_Process 函数仅在 U 盘识别阶段，需要频繁反复调用，但
是当 U 盘被识别后，剩下的操作（U 盘读写），都可以由 USB 中断处理。
以上代码，main 函数十分简单，就不多做介绍了，这里主要看看 USH_User_App 函数，该
函数前面有提到，是在 USBH_USR_MSC_Application 函数里面被调用，用于实现 U 盘插入后，
用户想要实现的功能，一旦进入到该函数，即表示 U 盘已经成功识别了，所以，函数里面提示
设备连接成功，挂载 U 盘（U 盘盘符为 3，0：SD 卡，1：SPI FLASH，2：NAND FLASH）并
读取 U 盘总容量和剩余容量，显示在 LCD 上面，然后，进入死循环，只要 USB 连接一直存在，
则一直死循环，同时控制 LED1 闪烁，提示 U 盘已经准备好了。
当 U 盘拔出来后，卸载 U 盘，然后再次提示设备连接中，会到 main 函数死循环，等待 U
盘再次连上。
最后，我们需要将 FATFS 相关测试函数(mf_open/ mf_close 等函数)，加入 USMART 管理，
这里同第四十七章（FATFS 实验）一模一样，可以参考第四十七章的方法操作。
软件设计部分，就给大家介绍到这里。
64.4 下载验证
在代码编译成功之后，我们下载到阿波罗 STM32 开发板上，然后在 USB_HOST 端子插入
U 盘/读卡器（带卡），注意：此时 USB SLAVE 口不要插 USB 线到电脑，否则会干扰！！
等 U 盘成功识别后，便可以看到 LCD 显示 U 盘容量等信息，如图 64.4.1 所示：



图 64.4.1 U 盘识别成功
此时，我们便可以通过 USMART 来测试 U 盘读写了，如图 64.4.2 和图 64.4.3 所示：



图 64.4.2 测试读取 U 盘读取



图 64.4.3 测试 U 盘写入
图 64.4.2 通过发送：mf_scan_files("3:")，扫描 U 盘根目录所有文件，然后通过 ai_load_picfile
("3:/示例图片.jpg",0,0,480,800,1)，解码图片，并显示在 LCD 上面。说明读 U 盘是没问题的。
图 64.4.3 通过发送：mf_open("3:test u disk.txt",7)，在 U 盘根目录创建 test u disk.txt 这个文
件，然后发送：mf_write("这是一个测试，写入文件",22)，写入“这是一个测试，写入文件”到
这个文件里面，然后发送：mf_close()，关闭文件，完成一次文件创建。最后，发送：
mf_scan_files("3:")，扫描 U 盘根目录文件，发现比图 64.4.2 所示多出了一个 test u disk.txt 的文
件，说明 U 盘写入成功。
这样，就完成了本实验的设计目的：实现 U 盘的读写操作。最后，大家还可以调用其他函
数，实现相关功能测试，这里就不给大家一一演示了，测试方法同：FATFS 实验（第四十七章）。