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|  V1.0  |  2020-07-04  |  gingko  |  初次建立  | 

===== 实验十七：USB_MSC实验——读/写U盘（大容量存储器） =====

==== 一、 实验目的与意义 ====

  - 了解STM32 USB HOST结构。
  - 了解STM32 USB HOST特征。
  - 掌握USB HOST MSC的使用方法。
  - 掌握STM32 HAL库中USB HOST属性的配置方法。
  - 掌握KEIL MDK 集成开发环境使用方法。
==== 二、 实验设备及平台 ====

  - iCore4 双核心板[[https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c-s.w4004-22598974120.15.5923532fsFrHiE&id=551864196684|点击购买]]。
  - JLINK（或相同功能）仿真器[[https://item.taobao.com/item.htm?id=554869837940|点击购买]]。
  - Micro USB线缆。
  - Keil MDK 开发平台。
  - STM32CubeMX开发平台。
  - 装有WIN XP（及更高版本）系统的计算机。
==== 三、 实验原理 ====

=== 1、U盘简介 ===

  * U盘，全称USB闪存盘，英文名“USBflashdisk”。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_HS支持U盘，并且ST官方提供了USB HOST大容量存储设备（MSC）例程，本实验，我们就要移植该例程到iCore4双核心板上，以通过STM32F767的USB HOST接口，读写U盘或SD卡读卡器等设备。
=== 2、USB简介 ===

  * USB，是英文UniversalSerialBUS（通用串行总线）的缩写，而其中文简称为“通串线，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。是应用在PC领域的接口技术。USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能。USB是在1994年底由英特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的。
  * USB发展到现在已经有USB1.0/1.1/2.0/3.0等多个版本。目前用的最多的就是USB1.1和USB2.0，USB3.0目前已经开始普及。STM32F767自带的USB符合USB2.0规范。
  * 标准USB共四根线组成,除VCC/GND外，另外为D+和D-，这两根数据线采用的是差分电压的方式进行数据传输的。在USB主机上，D-和D+都是接了15K的电阻到地的，所以在没有设备接入的时候，D+、D-均是低电平。而在USB设备中，如果是高速设备，则会在D+上接一个1.5K的电阻到VCC，而如果是低速设备，则会在D-上接一个1.5K的电阻到VCC。这样当设备接入主机的时候，主机就可以判断是否有设备接入，并能判断设备是高速设备还是低速设备。接下来，我们简单介绍一下STM32的USB控制器。
  * STM32F767系列芯片自带有2个USB OTG，其中USB1是高速USB（USB1 OTG HS）；USB2是全速USB（USB2 OTG FS），高速USB（HS）需要外扩高速PHY芯片实现。
=== 3、USB_OTG主要特性 ===

  * 主要特性可分为三类：通用特性、主机模式特性和从机模式特性。

  * **(1) 通用特性**
  * OTG_FS/OTG_HS 接口的通用特性如下：
    *  经USB-IF认证，符合通用串行总线规范第2.0版
    *  OTGHS支持3个PHY接口
      * – 片上全速PHY
      * – 连接外部全速PHY的I2C接口
      * – 连接外部高速PHY的ULPI接口
    *  模块内嵌的PHY还完全支持定义在标准规范OTG补充第1.3版中的OTG协议
      * – 支持A-B器件识别（ID线）
      * – 支持主机协商协议(HNP)和会话请求协议(SRP)
      * – 允许主机关闭VBUS以在OTG应用中节省电池电量
      * – 支持通过内部比较器对VBUS电平采取OTG监控
      * – 支持主机到从机的角色动态切换
  *  可通过软件配置为以下角色：
      * – 具有SRP功能的USBFS/HS从机（B器件）
      * – 具有SRP功能的USBFS/HS/LS主机（A器件）
      * – USBOn-The-Go全速双角色设备
  *  支持FS/HSSOF和LSKeep-alive令牌
      * – SOF脉冲可通过PAD输出
      * – SOF脉冲从内部连接到定时器(TIMx)
      * – 可配置的帧周期
      * – 可配置的帧结束中断
  *  OTGHS内嵌DMA，并可软件配置AHB的批量传输类型。
  *  具有省电功能，例如在USB挂起期间停止系统、关闭数字模块时钟、对PHY和DFIFO电源加以管理
  *  具有采用高级FIFO控制的1.25K[FS]/4K[HS]字节专用RAM：
      * – 可将RAM空间划分为不同FIFO，以便灵活有效地使用RAM
      * – 每个FIFO可存储多个数据包
      * – 动态分配存储区
      * – FIFO大小可配置为非2的幂次方值，以便连续使用存储单元

  * **(2) 主机模式特性**
  * OTG_FS/OTG_HS接口在主机模式下具有以下主要特性和要求：
    *  通过外部电荷泵生成VBUS电压。
    *  多达12[FS]/16[HS]个主机通道（又称之为管道）：每个通道都可以动态实现重新配置，可支持任何类型的USB传输。
    *  内置硬件调度器可：
      * – 在周期性传输硬件队列中存储多达12[FS]/16[HS]个中断加同步传输请求
      * – 在非周期性传输硬件队列中存储多达12[FS]/16[HS]个控制加批量传输请求
    *  管理一个共享RxFIFO、一个周期性传输TxFIFO和一个非周期性传输TxFIFO，以有效使用USB数据RAM。

  * **(3) 从机模式特性**
  * OTG_FS/OTG_HS接口在从机模式下具有以下主要特性：
    *  1个双向控制端点0
    *  5[FS]/7[HS]个IN端点(EP)，可配置为支持批量传输、中断传输或同步传输
    *  具有5[FS]/7[HS]个OUT端点，可配置为支持批量、中断或同步传输
    *  管理一个共享RxFIFO和一个Tx-OUTFIFO，以高效使用USB数据RAM
    *  管理多达6[FS]/8[HS]个专用Tx-INFIFO（分别用于每个使能的INEP），降低应用程序负荷
    *  支持软断开功能。
=== 4、高速OTG模块框图 ===

{{ :icore4:icore4_arm_hal_17_1.png?direct |}} 
=== 5、OTG_HS中断 ===
{{ :icore4:icore4_arm_hal_17_2.png?direct |}} 
 
  * 上图显示了中断层级，当OTG_HS控制器在一种模式下（设备模式或主机模式）工作时，应用程序不得以另一种角色模式访问寄存器。如果发生了非法访问，将会产生模式不匹配中断并在模块中断寄存器（OTG_GINTSTS寄存器中的MMIS位）中反映。当模块从一种角色模式切换到另一种角色模式时，新工作模式下的寄存器必须重新编程为上电复位后的状态。
=== 6、原理图 ===

{{ :icore4:icore4_arm_hal_17_3.png?direct |}} 
  * 本实验是向存储设备中新建一个名为test.txt的文件，并向文件中写入数据，待写入成功之后，读出文件的内容，并通过终端显示出来。
==== 四、 实验程序 ====

=== 1、主函数 ===
<code c>
int main(void)
{
  /* MCU配置 */
  /* 重置所有外围设别, 初始化Flash接口和Systick. */
  HAL_Init();
   SystemClock_Config(); /*配置系统时钟 */
  /* 初始化所有已配置的外围设备 */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USB_HOST_Init();
  MX_USART6_UART_Init();
  MX_FATFS_Init();
  usart6.printf("\x0c");              //清屏
  usart6.printf("\033[1;32;40m");      //设置终端字体为绿色
  usart6.printf("\r\nHello, I am iCore4.\r\n");  //串口信息输出
  while (1)
  {
    MX_USB_HOST_Process();
  }
}
 
</code>
=== 2、USB_HOST初始化 ===
<code c>
void MX_USB_HOST_Init(void)
{
  /* 初始化主机库，添加支持的类并启动该库*/
/* 初始化主机核心*/
  USBH_Init(&hUsbHostHS, USBH_UserProcess, HOST_HS);
  /* 将类驱动程序链接到主机核心。*/
  USBH_RegisterClass(&hUsbHostHS, USBH_MSC_CLASS);
   /* 启动主机核心*/
  USBH_Start(&hUsbHostHS);
}
 
</code>
=== 3、USB_HOST后台任务 ===
<code c>
void MX_USB_HOST_Process(void) 
{
  /* USB Host 后台任务 */
    USBH_Process(&hUsbHostHS);                         
}
 
</code>
=== 4、读写测试 ===
<code c>
static void USBH_UserProcess  (USBH_HandleTypeDef *phost, uint8_t id)
{
  int i,j;
  static FRESULT res;
  unsigned char write_buffer[512];
  unsigned char read_buffer[512];
  unsigned int counter;
    
  switch(id)
  { 
  case HOST_USER_SELECT_CONFIGURATION:
  break;
  case HOST_USER_DISCONNECTION:
  Appli_state = APPLICATION_DISCONNECT;
  break;
  case HOST_USER_CLASS_ACTIVE:
  Appli_state = APPLICATION_READY;
    //挂载逻辑驱动器
    res = f_mount(&fatfs,"0:",1); 
    if(res != RES_OK){
        USBH_UsrLog("\r\nf_mount error!"); //操作失败红灯闪烁
        while(1){
            LED_RED_ON;
            HAL_Delay(500);
            LED_RED_OFF;
            HAL_Delay(500);     
        }
    }else{
        USBH_UsrLog("\r\nf_mount successful!");
    }   
    //打开文件
    for(i = 0; i < 512 ; i ++)write_buffer[i] = i % 256;
    res = f_open(&file,"0:/test.txt",FA_READ | FA_WRITE | FA_OPEN_ALWAYS);   //打开驱动器0上的源文件
    if(res != RES_OK){
        USBH_UsrLog("f_open error!");
        while(1){
            LED_RED_ON;
            HAL_Delay(500);
            LED_RED_OFF;
            HAL_Delay(500);        
        }
    }else{
        USBH_UsrLog("f_open successful!");
    }
    //移动文件读/写指针
    res = f_lseek(&file,0);
    if(res != RES_OK){
        USBH_UsrLog("f_lseek error!");
        while(1){
            LED_RED_ON;
            HAL_Delay(500);
            LED_RED_OFF;
            HAL_Delay(500);        
        }    
    }else{
        USBH_UsrLog("f_lseek successful!");
    }
    //写文件
    res = f_write(&file,write_buffer,512,&counter);
    if(res != RES_OK || counter != 512){
        USBH_UsrLog("f_write error!");
        while(1){
            LED_RED_ON;
            HAL_Delay(500);
            LED_RED_OFF;
            HAL_Delay(500);        
        }   
    }else{
        USBH_UsrLog("f_write successful!");
    }
    //移动文件读/写指针
    res = f_lseek(&file,0);
    if(res != RES_OK){
        USBH_UsrLog("f_lseek error!");
        while(1){
            LED_RED_ON;
            HAL_Delay(500);
            LED_RED_OFF;
            HAL_Delay(500);        
        }    
    }else{
        USBH_UsrLog("f_lseek successful!");
    }
    //读文件
    res = f_read(&file,read_buffer,512,&counter); 
    if(res != RES_OK || counter != 512){
        USBH_UsrLog("f_read error!");
        while(1){
            LED_RED_ON;
            HAL_Delay(500);
            LED_RED_OFF;
            HAL_Delay(500);        
        }    
    }else{
        USBH_UsrLog("f_read successful!");
    }
    f_close(&file); //关闭文件
    
    USBH_UsrLog("read data:");
    for(i = 0;i < 32;i++){
        for(j = 0; j < 16; j ++)
            USBH_UsrLog("%02X ",read_buffer[i*16+j]);
    }
  break;

  case HOST_USER_CONNECTION:
  Appli_state = APPLICATION_START;
  break;

  default:
  break; 
  }
}
 
</code>
==== 五、 实验步骤 ====

  - 把仿真器与iCore4的SWD调试口相连（直接相连或者通过转接器相连）；
  - 将跳线帽插到USB UART；
  - 把iCore4（USB UART）通过Micro USB线与计算机相连，为iCore4供电；
  - 打开PuTTY串口终端；
  - 通过读U盘转接线将U盘（或者读卡器）与iCore4 USB OTG接口相连；
  - 打开Keil MDK 开发环境，并打开本实验工程；
  - 烧写程序到iCore4上；
  - 也可以进入Debug模式，单步运行或设置断点验证程序逻辑。
==== 六、 实验现象 ====

  * 在终端屏幕上可以看到操作信息，如下图所示：
 {{ :icore4:icore4_arm_hal_17_4.png?direct |}}