代码收藏家 STM32CubeMX学习笔记（48）——USB接口使用（MSC基于外部Flash模拟U盘）_stm32 usb flash
3.4 USB Device
USB有主机（Host）和设备（Device）之分。一般电脑的USB接口为主机接口，而键盘、鼠标、U盘等则为设备。
部分型号的STM32芯片有1~2个USB接口。像STM32F103系列的有一个USB Device接口，STM32F407系列的有2个USB接口，既可以作为HOST，又可以作为Device，还可以作为OTG接口。
在 Middleware 中选择 USB_DEVICE 设置，在 Class For FS IP 设备类别选择 Mass Storage Class（HID） 大容量存储设备类。
参数配置保持默认（或根据存储介质的最小存储单元修改缓冲区大小）。
4096（默认为512，这个的大小对于USB读写速度会有一些影响，最好和存储介质的最小存储单元一致）本实验板使用的W25Q64是华邦公司推出的大容量SPI FLASH产品，其容量为64Mb。该25Q系列的器件在灵活性和性能方面远远超过普通的串行闪存器件。W25Q64将8M字节的容量分为128个块，每个块大小为64K字节，每个块又分为16个扇区，每个扇区4K个字节。
W25Q64的最小擦除单位为一个扇区，也就是每次必须擦除4K个字节。所以，这需要给W25Q64开辟一个至少4K的缓存区，这样必须要求芯片有4K以上的SRAM才能有很好的操作。
设备描述符保持默认。
四、SPI1
4.1 参数配置
在 Connectivity 中选择 SPI1 设置，并选择 Full-Duplex Master 全双工主模式，不开启 NSS 即不使用硬件片选信号
原理图中虽然将 CS 片选接到了硬件 SPI1 的 NSS 引脚，因为硬件 NSS 使用比较麻烦，所以后面直接把 PA4 配置为普通 GPIO，手动控制片选信号。
在右边图中找到 SPI1 NSS 对应引脚，选择 GPIO_Output。纠正：野火STM32F103指南者开发板SPI1 NSS须配置为PC0
修改输出高电平 High，标签为 W25Q64_CHIP_SELECT。
SPI 为默认设置不作修改。只需注意一下，Prescaler 分频系数最低为 4，波特率 (Baud Rate) 为 18.0 MBits/s。这里被限制了，SPI1 最高通信速率可达 36Mbtis/s。
根据 FLASH 芯片的说明，它支持 SPI
模式0 及 模式 3，支持双线全双工，使用 MSB 先行模式，数据帧长度为 8 位。
所以这里配置 CPOL 为
Low，CPHA 为 1 Edge 即 SPI 模式0。
五、生成代码
输入项目名和项目路径
选择应用的 IDE 开发环境 MDK-ARM V5
每个外设生成独立的 ’.c/.h’ 文件
不勾：所有初始化代码都生成在 main.c
勾选：初始化代码生成在对应的外设文件。 如 GPIO 初始化代码生成在 gpio.c 中。
点击 GENERATE CODE 生成代码
六、编写W25Q64的驱动程序
驱动程序有问题后面Windows无法格式化硬盘
6.1 添加宏定义
/\* Private define ------------------------------------------------------------\*/
/\* USER CODE BEGIN PD \*/
#define W25Q80 0XEF13
#define W25Q16 0XEF14
#define W25Q32 0XEF15
#define W25Q64 0XEF16
#define W25Q128 0XEF17
#define W25Q256 0XEF18
#define W25X\_WriteEnable 0x06
#define W25X\_WriteDisable 0x04
#define W25X\_ReadStatusReg1 0x05
#define W25X\_ReadStatusReg2 0x35
#define W25X\_ReadStatusReg3 0x15
#define W25X\_WriteStatusReg1 0x01
#define W25X\_WriteStatusReg2 0x31
#define W25X\_WriteStatusReg3 0x11
#define W25X\_ReadData 0x03
#define W25X\_FastReadData 0x0B
#define W25X\_FastReadDual 0x3B
#define W25X\_PageProgram 0x02
#define W25X\_BlockErase 0xD8
#define W25X\_SectorErase 0x20
#define W25X\_ChipErase 0xC7
#define W25X\_PowerDown 0xB9
#define W25X\_ReleasePowerDown 0xAB
#define W25X\_DeviceID 0xAB
#define W25X\_ManufactDeviceID 0x90
#define W25X\_JedecDeviceID 0x9F
#define W25X\_Enable4ByteAddr 0xB7
#define W25X\_Exit4ByteAddr 0xE9
/\* USER CODE END PD \*/
6.2 封装SPI Flash(W25Q64)的命令和底层函数
//SPI 读写一个字节
//TxData:要写入的字节
//返回值:读取到的字节
uint8\_t SPI1\_ReadWriteByte(uint8\_t TxData)
{
uint8\_t Rxdata;
HAL\_SPI\_TransmitReceive(&hspi1, &TxData, &Rxdata, 1, 1000);
return Rxdata; //返回收到的数据
}
6.3 读取 Manufacture ID 和 Device ID
读取 Flash 内部这两个 ID 有两个作用：
uint16\_t W25QXX_TYPE; //定义W25QXX芯片型号
uint16\_t W25QXX\_ReadID(void)
{
uint16\_t Temp = 0;
/\* 使能片选 \*/
HAL\_GPIO\_WritePin(W25Q64_CHIP_SELECT_GPIO_Port, W25Q64_CHIP_SELECT_Pin, GPIO_PIN_RESET);
SPI1\_ReadWriteByte(0x90);//发送读取ID命令
SPI1\_ReadWriteByte(0x00);
SPI1\_ReadWriteByte(0x00);
SPI1\_ReadWriteByte(0x00);
Temp|=SPI1\_ReadWriteByte(0xFF)<<8;
Temp|=SPI1\_ReadWriteByte(0xFF);
W25QXX_TYPE=Temp;
/\* 取消片选 \*/
HAL\_GPIO\_WritePin(W25Q64_CHIP_SELECT_GPIO_Port, W25Q64_CHIP_SELECT_Pin, GPIO_PIN_SET);
return Temp;
}
6.4 读取状态寄存器数据并判断Flash是否忙碌
SPI Flash 的所有操作都是靠发送命令完成的，但是 Flash 接收到命令后，需要一段时间去执行该操作，这段时间内 Flash 处于“忙”状态，MCU 发送的命令无效，不能执行，在 Flash 内部有 2-3 个状态寄存器，指示出 Flash 当前的状态，有趣的一点是：
当 Flash 内部在执行命令时，不能再执行 MCU 发来的命令，但是 MCU 可以一直读取状态寄存器，这下就很好办了，MCU可以一直读取，然后判断 Flash 是否忙完。
//读取W25QXX的状态寄存器，W25QXX一共有3个状态寄存器
//状态寄存器1：
//BIT7 6 5 4 3 2 1 0
//SPR RV TB BP2 BP1 BP0 WEL BUSY
//SPR:默认0,状态寄存器保护位,配合WP使用
//TB,BP2,BP1,BP0:FLASH区域写保护设置
//WEL:写使能锁定
//BUSY:忙标记位(1,忙;0,空闲)
//默认:0x00
//状态寄存器2：
//BIT7 6 5 4 3 2 1 0
//SUS CMP LB3 LB2 LB1 (R) QE SRP1
//状态寄存器3：
//BIT7 6 5 4 3 2 1 0
//HOLD/RST DRV1 DRV0 (R) (R) WPS ADP ADS
//regno:状态寄存器号，范:1~3
//返回值:状态寄存器值
uint8\_t W25QXX\_ReadSR(uint8\_t regno)
{
uint8\_t byte=0,command=0;
switch(regno)
{
case 1:
command=W25X_ReadStatusReg1; //读状态寄存器1指令
break;
case 2:
command=W25X_ReadStatusReg2; //读状态寄存器2指令
break;
case 3:
command=W25X_ReadStatusReg3; //读状态寄存器3指令
break;
default:
command=W25X_ReadStatusReg1;
break;
}
/\* 使能片选 \*/
HAL\_GPIO\_WritePin(W25Q64_CHIP_SELECT_GPIO_Port, W25Q64_CHIP_SELECT_Pin, GPIO_PIN_RESET);
SPI1\_ReadWriteByte(command); //发送读取状态寄存器命令
byte=SPI1\_ReadWriteByte(0Xff); //读取一个字节
/\* 取消片选 \*/
HAL\_GPIO\_WritePin(W25Q64_CHIP_SELECT_GPIO_Port, W25Q64_CHIP_SELECT_Pin, GPIO_PIN_SET);
return byte;
}
然后编写阻塞判断 Flash 是否忙碌的函数：
//等待空闲
void W25QXX\_Wait\_Busy(void)
{
while((W25QXX\_ReadSR(1)&0x01)==0x01); // 等待BUSY位清空
}
6.5 读取数据
SPI Flash 读取数据可以任意地址（地址长度32bit）读任意长度数据（最大 65535 Byte），没有任何限制。
//读取SPI FLASH
//在指定地址开始读取指定长度的数据
//pBuffer:数据存储区
//ReadAddr:开始读取的地址(24bit)
//NumByteToRead:要读取的字节数(最大65535)
void W25QXX\_Read(uint8\_t\* pBuffer,uint32\_t ReadAddr,uint16\_t NumByteToRead)
{
uint16\_t i;
/\* 使能片选 \*/
HAL\_GPIO\_WritePin(W25Q64_CHIP_SELECT_GPIO_Port, W25Q64_CHIP_SELECT_Pin, GPIO_PIN_RESET);
SPI1\_ReadWriteByte(W25X_ReadData); //发送读取命令
if(W25QXX_TYPE==W25Q256) //如果是W25Q256的话地址为4字节的，要发送最高8位
{
SPI1\_ReadWriteByte((uint8\_t)((ReadAddr)>>24));
}
SPI1\_ReadWriteByte((uint8\_t)((ReadAddr)>>16)); //发送24bit地址
SPI1\_ReadWriteByte((uint8\_t)((ReadAddr)>>8));
SPI1\_ReadWriteByte((uint8\_t)ReadAddr);
for(i=0;i<NumByteToRead;i++)
{
pBuffer[i]=SPI1\_ReadWriteByte(0XFF); //循环读数
}
/\* 取消片选 \*/
HAL\_GPIO\_WritePin(W25Q64_CHIP_SELECT_GPIO_Port, W25Q64_CHIP_SELECT_Pin, GPIO_PIN_SET);
}
6.6 写使能/禁止
Flash 芯片默认禁止写数据，所以在向 Flash 写数据之前，必须发送命令开启写使能。
//W25QXX写使能
//将WEL置位
void W25QXX\_Write\_Enable(void)
{
HAL\_GPIO\_WritePin(W25Q64_CHIP_SELECT_GPIO_Port, W25Q64_CHIP_SELECT_Pin, GPIO_PIN_RESET); //使能器件
SPI1\_ReadWriteByte(W25X_WriteEnable); //发送写使能
HAL\_GPIO\_WritePin(W25Q64_CHIP_SELECT_GPIO_Port, W25Q64_CHIP_SELECT_Pin, GPIO_PIN_SET); //取消片选
}
//W25QXX写禁止
//将WEL清零
void W25QXX\_Write\_Disable(void)
{
HAL\_GPIO\_WritePin(W25Q64_CHIP_SELECT_GPIO_Port, W25Q64_CHIP_SELECT_Pin, GPIO_PIN_RESET); //使能器件
SPI1\_ReadWriteByte(W25X_WriteDisable); //发送写禁止指令
HAL\_GPIO\_WritePin(W25Q64_CHIP_SELECT_GPIO_Port, W25Q64_CHIP_SELECT_Pin, GPIO_PIN_SET); //取消片选
}
6.7 擦除扇区
SPI Flash有个特性：
数据位可以由1变为0，但是不能由0变为1。
所以在向 Flash 写数据之前，必须要先进行擦除操作，并且 Flash 最小只能擦除一个扇区，擦除之后该扇区所有的数据变为 0xFF（即全为1）。
//擦除一个扇区
//Dst\_Addr:扇区地址 根据实际容量设置
//擦除一个扇区的最少时间:150ms
void W25QXX\_Erase\_Sector(uint32\_t Dst_Addr)
{
//监视falsh擦除情况,测试用
//printf("fe:%x\r\n",Dst\_Addr);
Dst_Addr\*=4096;
W25QXX\_Write\_Enable(); //SET WEL
W25QXX\_Wait\_Busy();
/\* 使能片选 \*/
HAL\_GPIO\_WritePin(W25Q64_CHIP_SELECT_GPIO_Port, W25Q64_CHIP_SELECT_Pin, GPIO_PIN_RESET);
SPI1\_ReadWriteByte(W25X_SectorErase); //发送扇区擦除指令
if(W25QXX_TYPE==W25Q256) //如果是W25Q256的话地址为4字节的，要发送最高8位
{
SPI1\_ReadWriteByte((uint8\_t)((Dst_Addr)>>24));
}
SPI1\_ReadWriteByte((uint8\_t)((Dst_Addr)>>16)); //发送24bit地址
SPI1\_ReadWriteByte((uint8\_t)((Dst_Addr)>>8));
SPI1\_ReadWriteByte((uint8\_t)Dst_Addr);
/\* 取消片选 \*/
HAL\_GPIO\_WritePin(W25Q64_CHIP_SELECT_GPIO_Port, W25Q64_CHIP_SELECT_Pin, GPIO_PIN_SET);
W25QXX\_Wait\_Busy(); //等待擦除完成
}
6.8 页写入操作
向 Flash 芯片写数据的时候，因为 Flash 内部的构造，可以按页写入。
//SPI在一页(0~65535)内写入少于256个字节的数据
//在指定地址开始写入最大256字节的数据
//pBuffer:数据存储区
//WriteAddr:开始写入的地址(24bit)
//NumByteToWrite:要写入的字节数(最大256),该数不应该超过该页的剩余字节数!!!
void W25QXX\_Write\_Page(uint8\_t\* pBuffer,uint32\_t WriteAddr,uint16\_t NumByteToWrite)
{
uint16\_t i;
W25QXX\_Write\_Enable(); //SET WEL
/\* 使能片选 \*/
HAL\_GPIO\_WritePin(W25Q64_CHIP_SELECT_GPIO_Port, W25Q64_CHIP_SELECT_Pin, GPIO_PIN_RESET);
SPI1\_ReadWriteByte(W25X_PageProgram); //发送写页命令
if(W25QXX_TYPE==W25Q256) //如果是W25Q256的话地址为4字节的，要发送最高8位
{
SPI1\_ReadWriteByte((uint8\_t)((WriteAddr)>>24));
}
SPI1\_ReadWriteByte((uint8\_t)((WriteAddr)>>16)); //发送24bit地址
SPI1\_ReadWriteByte((uint8\_t)((WriteAddr)>>8));
SPI1\_ReadWriteByte((uint8\_t)WriteAddr);
for(i=0;i<NumByteToWrite;i++)SPI1\_ReadWriteByte(pBuffer[i]);//循环写数
/\* 取消片选 \*/
HAL\_GPIO\_WritePin(W25Q64_CHIP_SELECT_GPIO_Port, W25Q64_CHIP_SELECT_Pin, GPIO_PIN_SET);
W25QXX\_Wait\_Busy(); //等待写入结束
}
6.9 写入数据
//无检验写SPI FLASH
//必须确保所写的地址范围内的数据全部为0XFF,否则在非0XFF处写入的数据将失败!
//具有自动换页功能
//在指定地址开始写入指定长度的数据,但是要确保地址不越界!
//pBuffer:数据存储区
//WriteAddr:开始写入的地址(24bit)
//NumByteToWrite:要写入的字节数(最大65535)
//CHECK OK
void W25QXX\_Write\_NoCheck(uint8\_t\* pBuffer,uint32\_t WriteAddr,uint16\_t NumByteToWrite)
{
uint16\_t pageremain;
pageremain=256-WriteAddr%256; //单页剩余的字节数
if(NumByteToWrite<=pageremain)pageremain=NumByteToWrite;//不大于256个字节
while(1)
{
W25QXX\_Write\_Page(pBuffer,WriteAddr,pageremain);
if(NumByteToWrite==pageremain)break;//写入结束了
else //NumByteToWrite>pageremain
{
pBuffer+=pageremain;
WriteAddr+=pageremain;
NumByteToWrite-=pageremain; //减去已经写入了的字节数
if(NumByteToWrite>256)pageremain=256; //一次可以写入256个字节
else pageremain=NumByteToWrite; //不够256个字节了
}
};
}
//写SPI FLASH
//在指定地址开始写入指定长度的数据
//该函数带擦除操作!
//pBuffer:数据存储区
//WriteAddr:开始写入的地址(24bit)
//NumByteToWrite:要写入的字节数(最大65535)
uint8\_t W25QXX_BUFFER[4096];
void W25QXX\_Write(uint8\_t\* pBuffer,uint32\_t WriteAddr,uint16\_t NumByteToWrite)
{
uint32\_t secpos;
uint16\_t secoff;
uint16\_t secremain;
uint16\_t i;
uint8\_t \* W25QXX_BUF;
W25QXX_BUF=W25QXX_BUFFER;
secpos=WriteAddr/4096;//扇区地址
secoff=WriteAddr%4096;//在扇区内的偏移
secremain=4096-secoff;//扇区剩余空间大小
//printf("ad:%X,nb:%X\r\n",WriteAddr,NumByteToWrite);//测试用
if(NumByteToWrite<=secremain)secremain=NumByteToWrite;//不大于4096个字节
while(1)
{
W25QXX\_Read(W25QXX_BUF,secpos\*4096,4096);//读出整个扇区的内容
for(i=0;i<secremain;i++)//校验数据
{
if(W25QXX_BUF[secoff+i]!=0XFF)break;//需要擦除
}
if(i<secremain)//需要擦除
{
W25QXX\_Erase\_Sector(secpos);//擦除这个扇区
for(i=0;i<secremain;i++) //复制
{
W25QXX_BUF[i+secoff]=pBuffer[i];
}
W25QXX\_Write\_NoCheck(W25QXX_BUF,secpos\*4096,4096);//写入整个扇区
}else W25QXX\_Write\_NoCheck(pBuffer,WriteAddr,secremain);//写已经擦除了的,直接写入扇区剩余区间.
if(NumByteToWrite==secremain)break;//写入结束了
else//写入未结束
{
secpos++;//扇区地址增1
secoff=0;//偏移位置为0
pBuffer+=secremain; //指针偏移
WriteAddr+=secremain;//写地址偏移
NumByteToWrite-=secremain; //字节数递减
if(NumByteToWrite>4096)secremain=4096; //下一个扇区还是写不完
else secremain=NumByteToWrite; //下一个扇区可以写完了
}
};
}
七、修改usbd_storage_if.c
打开工程文件夹Application/User/USB_DEVICE/App下usbd_storage_if.c文件
7.1 修改扇区个数和大小
/\*\* @defgroup USBD\_STORAGE\_Private\_Defines
\* @brief Private defines.
\* @{
\*/
//#define STORAGE\_LUN\_NBR 1
//#define STORAGE\_BLK\_NBR 0x10000
//#define STORAGE\_BLK\_SIZ 0x200
#define STORAGE\_LUN\_NBR 1 // 1个盘
#define STORAGE\_BLK\_NBR 0x2000 // 模拟16个扇区
#define STORAGE\_BLK\_SIZ 0x1000 // W25Q64最小读写单位是4KB
0x2000，大小完全根据自己需求定义。W25Q64最大容量为64Mb。4K个字节，所以STORAGE_BLK_SIZ = FLASH_PAGE_SIZE = 4096即0x10000x2000*4K = 32768K = 32M7.2 修改存储函数
存储介质初始化/\*\*
\* @brief Initializes over USB FS IP
\* @param lun:
\* @retval USBD\_OK if all operations are OK else USBD\_FAIL
\*/
int8\_t STORAGE\_Init\_FS(uint8\_t lun)
{
/\* USER CODE BEGIN 2 \*/
if(W25QXX\_ReadID())
{
return (USBD_OK);
}
return (USBD_FAIL);
/\* USER CODE END 2 \*/
}
获取存储介质状态获取介质状态，我们要对存储介质的状态进行判断，这里我们要判断两点，一个是是否正在读写状态中，另外一个就是存储介质是否是不可工作状态。
/\*\*
\* @brief .
\* @param lun: .
\* @retval USBD\_OK if all operations are OK else USBD\_FAIL
\*/
int8\_t STORAGE\_IsReady\_FS(uint8\_t lun)
{
/\* USER CODE BEGIN 4 \*/
return W25QXX\_ReadSR(1);
/\* USER CODE END 4 \*/
}
读取存储介质读取一个扇区，我们将准备好的读取一个扇区的代码填充进来就好
/\*\*
\* @brief .
\* @param lun: .
\* @retval USBD\_OK if all operations are OK else USBD\_FAIL
\*/
int8\_t STORAGE\_Read\_FS(uint8\_t lun, uint8\_t \*buf, uint32\_t blk_addr, uint16\_t blk_len)
{
/\* USER CODE BEGIN 6 \*/
W25QXX\_Read(buf, blk_addr \* STORAGE_BLK_SIZ, blk_len \* STORAGE_BLK_SIZ);
return (USBD_OK);
/\* USER CODE END 6 \*/
}
写入存储介质写入一个扇区，我们将准备好的读取一个扇区的代码填充进来就好
/\*\*
\* @brief .
\* @param lun: .
\* @retval USBD\_OK if all operations are OK else USBD\_FAIL
\*/
int8\_t STORAGE\_Write\_FS(uint8\_t lun, uint8\_t \*buf, uint32\_t blk_addr, uint16\_t blk_len)
{
/\* USER CODE BEGIN 7 \*/
W25QXX\_Write(buf, blk_addr \* STORAGE_BLK_SIZ, blk_len \* STORAGE_BLK_SIZ);
return (USBD_OK);
/\* USER CODE END 7 \*/
}
八、查看效果
编译工程，下载到板子上，插上USB线连接到电脑上，识别出为大容量存储设备
注意： 如果设备带有感叹号，则参考下面
十、注意事项
弹出格式化对话框，直接格式化就行
作者：2401_87555412
