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usb_msc实验_读_写u盘_大容量存储器 [2019/11/29 09:56] zhangzheng 创建 |
usb_msc实验_读_写u盘_大容量存储器 [2022/03/22 10:20] (当前版本) sean |
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+ | ^ 版本 ^ 日期 ^ 作者 ^ 修改内容 ^ | ||
+ | | 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 |}} |