一些應(yīng)用中，涉及到對存儲設(shè)備的數(shù)據(jù)訪問，例如USD卡、U盤。具備USB OTG控制器的STM32，可以實(shí)現(xiàn)對U盤訪問的支持。本文介紹STM32對于U盤訪問的硬件/軟件實(shí)現(xiàn)。介紹如何利用STM32CubeMX，一步一步實(shí)現(xiàn)STM32訪問U盤。僅需簡單的幾個(gè)步驟， 實(shí)現(xiàn)U盤訪問的應(yīng)用開發(fā)。

MSC類簡介

MSC (Mass Storage Class) 是USB規(guī)范提供的一種USB大容量存儲設(shè)備類，允許一個(gè)USB接口的設(shè)備與USB主機(jī)相連接，以便在兩者之間傳輸文件。USB MSC傳輸協(xié)議分為CBI (Control / Bulk / Interrupt) 和 BOT (Bulk-only Transfer)。BOT協(xié)議在不影響功能的情況下省去了對Interrupt端點(diǎn)的需求，被存儲設(shè)備廣泛支持。STM32提供的USB庫支持USB MSC BOT協(xié)議。

MSC設(shè)備包含很多種，例如U盤、讀卡器、移動硬盤等。STM32通過內(nèi)含的USB OTG控制器（支持主機(jī)模式）和USB主機(jī)庫，實(shí)現(xiàn)對MSC類的支持，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對U盤訪問的支持。本文中不涉及到USB MSC (Mass Storage Class) 的詳細(xì)介紹 ，更多MSC類介紹，請參考《USB進(jìn)階培訓(xùn)_Part1_USB類的介紹》。

01

硬件支持

不同的STM32系列，對USB的支持情況如下。對于STM32F105/107、STM32F2、STM32F4、STM32F7和STM32H7系列，部分型號支持USB OTG，能夠?qū)崿F(xiàn)USB 主機(jī)和從機(jī)。U盤作為USB MSC設(shè)備，需要STM32作為USB MSC主機(jī)，實(shí)現(xiàn)兩者間的訪問。（注：系列中不是所有型號都支持OTG，以具體型號手冊為準(zhǔn)。）

STM32 OTG硬件電路圖如下所示。CN3為USB連接器。

對于STM32 OTG，配置為僅主機(jī)模式時(shí)，不需使用OTG_ID，可將其引腳用于其他功能。并且在不使用SRP (Session Request Protocol) 和HNP (Host Negotiation Protocol) 時(shí)，可不連接VBUS至PA9。電路簡化如下圖。

更多關(guān)于STM32 USB硬件設(shè)計(jì)，請參考《AN4879 USB hardware and PCB guidelines using STM32 MCUs》。

02

軟件支持

STM32擁有豐富的軟件資源，推薦如下兩個(gè)軟件包：

STM32Cube軟件包（包含USB/OTG庫，支持MSC協(xié)議）

STM32CubeMX輔助開發(fā)工具（輔助開發(fā)自定義板上應(yīng)用）

上述軟件都是免費(fèi)對外開發(fā)，可在意法半導(dǎo)體官網(wǎng)www.st.com下載。

U盤訪問實(shí)現(xiàn)例

一步一步呈現(xiàn)訪問U盤的STM32開發(fā)過程，實(shí)現(xiàn)對U盤的讀寫等操作。在下面的詳解步驟中，會介紹一些主機(jī)庫和應(yīng)用機(jī)制的內(nèi)容。如果希望快速開發(fā)，可以直接按照步驟開發(fā)，略過講解性的內(nèi)容。

01

前期準(zhǔn)備

出于遵循完全一致的實(shí)驗(yàn)步驟考慮，實(shí)例基于ST發(fā)布的STM32F469I-DISCO板。除此之外，開發(fā)者也可以根據(jù)自己的目標(biāo)板的具體情況，參考后面介紹的實(shí)例進(jìn)行配置。

★

STM32板

USB線

2 * USB線

Type A ←→ Mini B

Type A ←→ Micro B

STM32CubeMX

Cube軟件包

STM32CubeF4(1)

說明：在安裝STM32CubeMX后，在其“菜單欄\Help\Install New Libraries”中安裝STM32CubeF4.

本文實(shí)現(xiàn)例中采用的是V1.21.0

IDE

IAR (EWARM)

除IAR外，CubeMX還支持MDK、TrueStudio和SW4STM32等。

文本實(shí)現(xiàn)例中采用IAR v8.30.1

注1：STM32F469I-DISCO板的原理圖、用戶手冊等資源可通過鏈接獲取。

注2：STM32CubeF4可以按照介紹方式獲取，或者直接在官網(wǎng)下載，然后通過STM32CubeMX從本地導(dǎo)入軟件包功能完成導(dǎo)入。

02

應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

一、開發(fā)流程

結(jié)合STM32CubeMX的軟件開發(fā)流程如下圖。

二、開發(fā)步驟詳解

接下來一步一步呈現(xiàn)實(shí)現(xiàn)過程。

1.打開STM32CubeMX，點(diǎn)擊File\New Project，選擇STM32F469NI（STM32F469I-DISCO板上微控制器型號）。

2.外設(shè)和中間件的選擇。首先結(jié)合STM32F469I-DISCO板的原理圖，了解功能實(shí)現(xiàn)必備的接口的使用情況，如下表所示。

注1. 在不考慮SRP和HNP時(shí)，訪問U盤，只需要STM32的USB OTG的USB數(shù)據(jù)正負(fù)線即可。

根據(jù)硬件情況，選擇調(diào)試接口、外部時(shí)鐘、USB OTG FS和USB中間件，如下圖所示。

在引腳分布圖，PB2引腳上單擊鼠標(biāo)左鍵，選擇‘GPIO_Output’，如下圖所示。

3. 配置時(shí)鐘，使USB時(shí)鐘為48MHz，如下圖。其中，步驟2中外部高速晶振值要和硬件上匹配。由于USB時(shí)鐘精度要求高，STM32F469內(nèi)部時(shí)鐘無法達(dá)到要求，必須選用外部高速時(shí)鐘，如步驟3所示。對于HCLK（處理器時(shí)鐘，步驟6配置），根據(jù)性能需要進(jìn)行設(shè)置，或者簡單的設(shè)置為最大值。

4. USB和關(guān)聯(lián)的引腳配置。主要對VBUS使能引腳進(jìn)行配置及關(guān)聯(lián)。

在USB_HOST界面，配置Drive_VBUS_FS關(guān)聯(lián)引腳為PB2（與硬件連接對應(yīng)）。VBUS電源開關(guān)器件為STMPS2151STR，高電平使能。所以配置如下，在初始化后為低電平（圖中步驟7~10）。其他保持默認(rèn)。

5.設(shè)置工程，如下圖所示（點(diǎn)擊菜單欄\Project\Settings打開）。選擇對應(yīng)的IDE和希望基于的STM32Cube軟件包位置。實(shí)例簡單，堆棧占用小，堆棧配置保持默認(rèn)即可。除EWARM外，STM32CubeMX還支持MDK-ARM、TrueStudio、SW4STM32等。

6. 點(diǎn)擊菜單欄\Project\Generate Code生成工程。

工程生成后，會出現(xiàn)提示框，點(diǎn)擊"Open Project"打開工程。工程架構(gòu)和文件結(jié)構(gòu)如下圖（右側(cè)為USB主機(jī)應(yīng)用架構(gòu)）。生成工程包含全部層的實(shí)現(xiàn)，開發(fā)者在生成工程的基礎(chǔ)上，可直接調(diào)用寫讀等API，實(shí)現(xiàn)對U盤的訪問。

注： USB主機(jī)庫和各文件功能介紹，請參考《UM1720 STM32Cube USB host library》。

7. 添加U盤訪問實(shí)現(xiàn)。

STM32CubeMX生成的工程，調(diào)用STM32Cube USB主機(jī)庫。在庫中，軟核將USB事件傳輸至用戶層，并執(zhí)行回調(diào)用戶函數(shù)。方便在用戶層的回調(diào)函數(shù)中添加應(yīng)用實(shí)現(xiàn)。用戶回調(diào)事件如下表。

USB軟核狀態(tài)機(jī)如下圖所示。

在HOST_CLASS狀態(tài)中，軟核會通知應(yīng)用類初始化完成。對U盤的訪問，應(yīng)放置在應(yīng)用層接收到類初始化完成事件后，即HOST_USER_CLASS_ACTIVE事件后，否則無法正常工作。

在工程中添加/修改對U盤的寫讀訪問操作和相關(guān)源碼，如下表所示。

注1：省略號為了表示還有其他沒有改動部分的源碼，不用添加進(jìn)源碼中。展現(xiàn)的源碼為了更好的表現(xiàn)出對應(yīng)工程中位置，包含一些生成工程時(shí)原有的源碼。

注2：MX_DriverVbusFS()中，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行配置。實(shí)驗(yàn)板上采用的電源開關(guān)STMPS2151STR高電平有效。在一些系列STM32的生成工程中，MX_DriverVbusFS函數(shù)原型已經(jīng)生成，此時(shí)無需再添加這個(gè)函數(shù)的聲明，但要確認(rèn)函數(shù)中引腳設(shè)置對應(yīng)關(guān)系（形參為1時(shí)表示要激活）。

8.編譯生成的應(yīng)用固件。

利用IDE進(jìn)行編譯、鏈接、下載到目標(biāo)板，實(shí)現(xiàn)U盤信息獲取和讀寫操作。

檢驗(yàn)驗(yàn)證

連接U盤至STM32F469I-DISCO板的USB_User連接口。IAR進(jìn)入在線調(diào)試模式，利用在線調(diào)試，查看獲取到的U盤信息和寫讀緩存中的數(shù)據(jù)情況。

運(yùn)行完畢后，連接U盤至PC，利用PC上安裝的Active@ Disk Editor（外部鏈接）查看U盤對應(yīng)扇區(qū)數(shù)據(jù)（10扇區(qū)對應(yīng)起始位置為5120），從而驗(yàn)證U盤信息獲取和寫讀功能正常。如下圖所示。

總結(jié)

STM32CubeMX加速了STM32的開發(fā)過程。即使類似USB這種復(fù)雜的外設(shè)使用，也可以如上述實(shí)例，只需要幾個(gè)步驟即可以實(shí)現(xiàn)USB應(yīng)用。并且提供了除MSC類之外，HID、UAC、CDC等類支持。