请问STM32如何通过USB口虚拟U盘？

之前的文章中介绍过STM32读写SD卡和FatFS文件系统相关的知识。今天将在这基础上介绍STM32通过USB口虚拟U盘的知识。即插入USB接口后，电脑将SD卡识别为U盘，可以直接读写SD卡内的文件。


硬件环境：STM32F407ZGT6

软件环境：STM32CubeMX v5.5.0

HAL库版本：STM32CubeF4 Firmware Package V1.24.0


1.STM32CubeMX配置


首先SD卡为SDIO接口，时钟等基础配置、SDIO接口配置和FatFs文件系统的配置参考之前的文章《STM32CubeMX之SDIO+FatFS读写SD卡》。之后需要配置USB接口，F407有两个USB接口，这里使用USB_OTG_FS接口，模式选择为设备模式Device_Only，其它配置默认即可。

    在中间件菜单下选择USB_DEVICE，选择大容量存储设备（Mass Storage Class），其它参数默认即可。

    生成代码之前，系统堆栈配置大一些：



2.程序编写



SD卡和文件系统读写文件等操作，参考之前文章，也不在这里介绍。

需要用户实现的只有USB虚拟U盘相关的函数，都在u***d_storage_if.c文件中。需要实现以下几个函数，其中中文注释的四个为必须实现的，其它的可选。

USBD_StorageTypeDef USBD_Storage_Interface_fops_FS =
{
  STORAGE_Init_FS,
  STORAGE_GetCapacity_FS,       //获取U盘容量
  STORAGE_IsReady_FS,           //判断U盘状态
  STORAGE_IsWriteProtected_FS,                                 
  STORAGE_Read_FS,              //读U盘数据
  STORAGE_Write_FS,             //写U盘数据
  STORAGE_GetMaxLun_FS,
  (int8_t *)STORAGE_Inquirydata_FS
};

因为SD卡扇区读写等相关的驱动函数系统已经自动生成，这里只需要调用相关函数即可。四个函数的实现如下：

获取容量函数：


int8_t STORAGE_GetCapacity_FS(uint8_t lun, uint32_t *block_num, uint16_t *block_size)
{
  /* USER CODE BEGIN 3 */
  *block_num  = hsd.SdCard.BlockNbr;
  *block_size =  hsd.SdCard.BlockSize;
  return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 3 */
}

判断U盘状态函数：


int8_t STORAGE_IsReady_FS(uint8_t lun)
{
  /* USER CODE BEGIN 4 */
  uint8_t state = 0;
  state = HAL_SD_GetState(&hsd) ;
  if(HAL_SD_STATE_READY != state)
  {
      return USBD_FAIL ;
  }
  return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 4 */
}

U盘读数据函数：

int8_t STORAGE_Read_FS(uint8_t lun, uint8_t *buf, uint32_t blk_addr, uint16_t blk_len)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  if(HAL_OK != HAL_SD_ReadBlocks(&hsd,(uint8_t *)buf, blk_addr , blk_len, 1000))
  {
    return USBD_FAIL ;
  }
  return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 6 */
}

U盘写数据函数：

i
int8_t STORAGE_Write_FS(uint8_t lun, uint8_t *buf, uint32_t blk_addr, uint16_t blk_len)
{
  /* USER CODE BEGIN 7 */
  if(HAL_OK != HAL_SD_WriteBlocks(&hsd, (uint8_t *)buf, blk_addr , blk_len, 1000))
  {
     return USBD_FAIL ;
  }
  return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 7 */
}


完成之后，在主函数中初始化后添加相关测试程序，在SD卡新建一个文件，并写入数据。


retSD = f_mount(&SDFatFS, (TCHAR const*)SDPath, 0);//挂载
retSD = f_open(&SDFile,(const char*)"测试.txt",FA_CREATE_ALWAYS|FA_WRITE);
retSD = f_write(&SDFile,FileBuf,17,&bw);
retSD = f_close(&SDFile);

运行程序后，将USB线插入电脑，电脑识别出一个U盘，打开后可看到U盘内的文件及内容与所以写程序一致，说明程序正确。

通过电脑在U盘中新建一个文件，123.txt，任意写入一些内容。同时将刚才的写文件的程序改为读文件，并重新运行程序。      

retSD = f_open(&SDFile,(const char*)"123.txt",FA_OPEN_EXISTING|FA_READ);//打开文件
  if(retSD==FR_OK)
  {
    retSD = f_read(&SDFile,FileBuf,17,&bw);
  }
  retSD = f_close(&SDFile);


可以看到程序读取的数据与电脑上新建并写入的内容一致，说明程序正确。



3.总结



USB虚拟U盘的接口有很多应用，比如，可以通过USB接口直接SD卡内的导出文件。也可以利用该功能实现IAP功能，将bin文件拷贝到SD卡，Boot程序读取SD卡进行程序升级。应用时需要注意USB接口操作SD卡和程序操作SD卡不能同时进行，以免发生冲突。