U盘数据采集系统软件篇二（U盘模块）

本篇主要介绍U盘模块，必须是有USB-HOST功能的芯片才可以进行U盘数据的读写，在硬件设计时已经提到了，本例用到的芯片属于STM32F105系列是带有OTG功能的，103系列的芯片只能作为从设备。STM32F105 USB接口主要特点:

USB2.0协议，OTG1.3协议。

可作为USB主机、USB设备、

OTG设备（A类/B类）使用

可使用内部FS PHY做FS通信

从官方下载USB例程,Library库如下图

我们需要做U盘数据的读写，USB做主机即HOST功能。如上图在官方例程的Libraries目录中。其中的USB OTG是USB Device和USB Host的基础。在实际使用中，USB OTG是USB Device和USB Host的底层驱动。本例需要移植OTG+HOST。(现在可以不需要移植了，通过STM32CubeMX直接由图形界面简单配置下，生成初始化代码，并对外设做了进一步的抽象，让开发人员更只专注应用的开发。搞嵌入式还是要了解底层驱动，对吧？)

01

驱动文件移植

移植文件如下图：

1.1 OTG和HOST驱动文件简要说明

本例中需要实现U盘读写需要MSC驱动程序，MSC:（Mass storage class）大容量存储类驱动程序用于支持通用USB闪存驱动程序，使用BOT“Bulk-Only Transport”协议和透明SCSI命令集。

1.2 MSC驱动文件介绍

1.3 用户文件介绍

通常所有的用户代码均在以上文件做修改即可，只有少数特殊处理会设计到驱动程序源码的修改。在配置好后，一般来说，所有修改均在usbh_usr.h/.c中。

1.4 配置文件介绍

usb_conf.h

#ifndef USE_USB_OTG_FS //#define USE_USB_OTG_FS#endif /* USE_USB_OTG_FS */ #ifdef USE_USB_OTG_FS  #define USB_OTG_FS_CORE //使能内核的全速模式 #endif #ifndef USE_USB_OTG_HS //#define USE_USB_OTG_HS #endif /* USE_USB_OTG_HS */ #ifndef USE_ULPI_PHY //#define USE_ULPI_PHY#endif /* USE_ULPI_PHY */ #ifndef USE_EMBEDDED_PHY //#define USE_EMBEDDED_PHY#endif /* USE_EMBEDDED_PHY */ #ifdef USE_USB_OTG_HS  #define USB_OTG_HS_CORE //使能内核的高速模式#endif/****************** USB OTG HS CONFIGURATION **********************************/#ifdef USB_OTG_HS_CORE #define RX_FIFO_HS_SIZE 512 //设置高速模式下接收的FIFO的大小 #define TXH_NP_HS_FIFOSIZ 256 //设置高速模式下，作为USB Host时，非周期性发送的FIFO的大小 #define TXH_P_HS_FIFOSIZ 256 //设置高速模式下，作为USB Host时，周期性发送的FIFO的大小  #ifdef USE_ULPI_PHY #define USB_OTG_ULPI_PHY_ENABLED #endif #ifdef USE_EMBEDDED_PHY #define USB_OTG_EMBEDDED_PHY_ENABLED #endif #define USB_OTG_HS_INTERNAL_DMA_ENABLED #define USB_OTG_EXTERNAL_VBUS_ENABLED// #define USB_OTG_INTERNAL_VBUS_ENABLED#endif/****************** USB OTG FS CONFIGURATION **********************************/#ifdef USB_OTG_FS_CORE #define RX_FIFO_FS_SIZE 128 //设置全速模式下接收的FIFO的大小 #define TXH_NP_FS_FIFOSIZ 96 //设置全速模式下，作为USB Host时，非周期性发送的FIFO的大小 #define TXH_P_FS_FIFOSIZ 96 //设置全速模式下，作为USB Host时，周期性发送的FIFO的大小#endif/****************** USB OTG MODE CONFIGURATION ********************************/#define USE_HOST_MODE //HOST 模式//#define USE_DEVICE_MODE//#define USE_OTG_MODE 

usbh_config.h

#define USBH_MAX_NUM_ENDPOINTS 2 //支持端点的最大数量 1 bulk IN + 1 bulk Out #define USBH_MAX_NUM_INTERFACES 2 //支持接口的最大数量#ifdef USE_USB_OTG_FS #define USBH_MSC_MPS_SIZE 0x40#else#define USBH_MSC_MPS_SIZE 0x200#endif 

02

USB处理状态机

下面介绍USB处理的核心状态机

核心状态机过程由USBH_Process函数实现。应该从应用程序主循环周期性地调用该函数。

/*** @brief USBH_Process* USB Host core main state machine process* @param None * @retval None*/void USBH_Process(USB_OTG_CORE_HANDLE *pdev , USBH_HOST *phost){ volatile USBH_Status status = USBH_FAIL;   /* check for Host port events */ if ((HCD_IsDeviceConnected(pdev) == 0)&& (phost->gState != HOST_IDLE))  { if(phost->gState != HOST_DEV_DISCONNECTED)  { phost->gState = HOST_DEV_DISCONNECTED; } }  switch (phost->gState) {  case HOST_IDLE ://在主机初始化之后，内核在这种状态下开始轮询USB设备连接。 当检测到设备断开连接事件时以及未发生错误时也会进入此状态。  if (HCD_IsDeviceConnected(pdev))  { phost->gState = HOST_DEV_ATTACHED; USB_OTG_BSP_mDelay(100); } break;  case HOST_DEV_ATTACHED ://当一个设备连接时，核心进入这个状态。 当一个设备被检测到时，状态机转到HOST_ENUMERATION状态。  phost->usr_cb->DeviceAttached(); phost->Control.hc_num_out = USBH_Alloc_Channel(pdev, 0x00); phost->Control.hc_num_in = USBH_Alloc_Channel(pdev, 0x80);   /* Reset USB Device */ if ( HCD_ResetPort(pdev) == 0) { phost->usr_cb->ResetDevice(); /* Wait for USB USBH_ISR_PrtEnDisableChange()  Host is Now ready to start the Enumeration  */  phost->device_prop.speed = HCD_GetCurrentSpeed(pdev);  phost->gState = HOST_ENUMERATION; phost->usr_cb->DeviceSpeedDetected(phost->device_prop.speed);  /* Open Control pipes */ USBH_Open_Channel (pdev, phost->Control.hc_num_in, phost->device_prop.address, phost->device_prop.speed, EP_TYPE_CTRL, phost->Control.ep0size);   /* Open Control pipes */ USBH_Open_Channel (pdev, phost->Control.hc_num_out, phost->device_prop.address, phost->device_prop.speed, EP_TYPE_CTRL, phost->Control.ep0size);  } break;  case HOST_ENUMERATION: //在这种状态下，核心进行USB设备的基本枚举。 在枚举过程结束时，选择默认设备配置（配置0）。 /* Check for enumeration status */  if ( USBH_HandleEnum(pdev , phost) == USBH_OK) {  /* The function shall return USBH_OK when full enumeration is complete */  /* user callback for end of device basic enumeration */ phost->usr_cb->EnumerationDone();  phost->gState = HOST_USR_INPUT;  } break;  case HOST_USR_INPUT: //这是一个中间状态，它遵循枚举并包括等待用户输入以启动USB类操作。 /*The function should return user response true to move to class state */ if ( phost->usr_cb->UserInput() == USBH_USR_RESP_OK) { if((phost->class_cb->Init(pdev, phost))\ == USBH_OK) { phost->gState = HOST_CLASS_REQUEST;  }  }  break;  case HOST_CLASS_REQUEST: //从此状态开始，类驱动程序接管，并调用类请求状态机以处理所有初始类控制请求。 完成所需的类请求后，内核将移至HOST_CLASS状态。 /* process class standard contol requests state machine */  status = phost->class_cb->Requests(pdev, phost);  if(status == USBH_OK) { phost->gState = HOST_CLASS; }   else { USBH_ErrorHandle(phost, status); }   break;  case HOST_CLASS: // 在这种状态下，类状态机被称为类相关操作（非控制和控制操作） /* process class state machine */ status = phost->class_cb->Machine(pdev, phost); USBH_ErrorHandle(phost, status); break;   case HOST_CTRL_XFER: //每当需要控制转移时就会进入该状态 /* process control transfer state machine */ USBH_HandleControl(pdev, phost);  break;  case HOST_SUSPENDED: break;  case HOST_ERROR_STATE: //只要有任何库状态机发生未恢复的错误，就会进入此状态。 在这种情况下，调用用户回调函数（例如，显示未恢复的错误消息）。 然后主机库被重新初始化。 /* Re-Initilaize Host for new Enumeration */ USBH_DeInit(pdev, phost); phost->usr_cb->DeInit(); phost->class_cb->DeInit(pdev, &phost->device_prop); break;  case HOST_DEV_DISCONNECTED ://设备断开连接进入此状态  /* Manage User disconnect operations*/ phost->usr_cb->DeviceDisconnected();  /* Re-Initilaize Host for new Enumeration */ USBH_DeInit(pdev, phost); phost->usr_cb->DeInit(); phost->class_cb->DeInit(pdev, &phost->device_prop);  USBH_DeAllocate_AllChannel(pdev);  phost->gState = HOST_IDLE;  break;  default : break; }} 

MSC核心状态机，U盘读写操作的上层实现，代码如下：

int USBH_USR_MSC_Application(void){ uint16_t bytesWritten, bytesToWrite; FILINFO fno; DIR dir; /**********状态机******************/ switch(USBH_USR_ApplicationState) { case USH_USR_FS_INIT:  USBH_USR_ApplicationState = USH_USR_IDLE;  /* Initialises the File System*/ if (f_mount( 0, &fatfs ) != FR_OK ) //挂载失败 { return(-1); } if(USBH_MSC_Param.MSWriteProtect == DISK_WRITE_PROTECTED)//写保护 { return(-1); } if(f_open(&file,"TEST.txt", FA_WRITE | FA_CREATE_ALWAYS) == FR_OK)//U盘有效 {  bytesToWrite = sizeof(writeTextBuff);  res= f_write (&file, writeTextBuff, bytesToWrite, (void *)&bytesWritten); //写一个测试文件  f_close(&file);  if(f_open(&file,"upgrade.txt", FA_OPEN_EXISTING |FA_READ) == FR_OK)//assert { if(FR_OK == f_read(&file, read_txt_file_buff, 8, (void *)&numOfOperationBytes)) { if(read_txt_file_buff[0] == 'z' &&read_txt_file_buff[1] == 'q' &&read_txt_file_buff[2] == '7' &&read_txt_file_buff[3] == '7' &&read_txt_file_buff[4] == '7' &&read_txt_file_buff[5] == '7') { //gb_udiskupgradeflag = 1; } } f_close(&file);  } f_mount(0, NULL);  } else//U盘无效 { return(-1); }  f_mount( 0, &fatfs ); res = f_open(&file, "main.bin", FA_OPEN_EXISTING|FA_READ); res = f_read(&file, read_txt_file_buff, 2048, (void *)&numOfOperationBytes); f_close(&file); f_mount(0, NULL);  gb_udiskIsOnLine = 1;//U盘在线 gb_udiskStateChanged = 1; break;  case USH_USR_FS_READ_FILE_SIZE: USBH_USR_ApplicationState = USH_USR_IDLE; if (f_mount( 0, &fatfs ) != FR_OK )  { udiskErrCode = MOUNT_ERROR; gb_udiskOperationFinished = 1; return(-1); } res = f_open(&file, pFilePath, FA_OPEN_EXISTING | FA_READ); if(res != FR_OK) { f_close(&file); f_mount(0, NULL);  udiskErrCode = OPEN_FILE_ERROR; gb_udiskOperationFinished = 1; return(-1); }  fileSize = file.fsize; f_close(&file); f_mount(0, NULL);  udiskErrCode = UDISK_OPERATION_OK;  gb_udiskOperationFinished = 1; break;  case USH_USR_FS_READFILE_PART: USBH_USR_ApplicationState = USH_USR_IDLE; if ( f_mount( 0, &fatfs ) != FR_OK )  { udiskErrCode = MOUNT_ERROR; gb_udiskOperationFinished = 1; return(-1); } res = f_open(&file, pFilePath, FA_OPEN_EXISTING | FA_READ); if(res != FR_OK) { f_close(&file); f_mount(0, NULL);  udiskErrCode = OPEN_FILE_ERROR; gb_udiskOperationFinished = 1; return(-1); } res = f_lseek(&file,readOffset); if(res != FR_OK) { f_close(&file); f_mount(0, NULL);  udiskErrCode = SEEK_FILE_ERROR; gb_udiskOperationFinished = 1; return(-1); } res = f_read(&file, pFileData, operationLen, (void *)&numOfOperationBytes); //res = f_read(&file, read_txt_file_buff, 1024, (void *)&numOfOperationBytes); if(res != FR_OK) { f_close(&file); f_mount(0, NULL);  udiskErrCode = READ_FILE_ERROR; gb_udiskOperationFinished = 1; return(-1); } if(operationLen != numOfOperationBytes) { f_close(&file); f_mount(0, NULL);  udiskErrCode = OPERATION_NOT_COMPLETE; gb_udiskOperationFinished = 1; return(-1); } f_close(&file); f_mount(0, NULL);  udiskErrCode = UDISK_OPERATION_OK;  gb_udiskOperationFinished = 1; break;  case USH_USR_FS_WRITEFILE_PART: USBH_USR_ApplicationState = USH_USR_IDLE; if ( f_mount( 0, &fatfs ) != FR_OK )  { udiskErrCode = MOUNT_ERROR; gb_udiskOperationFinished = 1; return(-1); } res = f_open(&file, pFilePath, FA_OPEN_EXISTING | FA_WRITE); if(res != FR_OK) { udiskErrCode = OPEN_FILE_ERROR; gb_udiskOperationFinished = 1; return(-1); } res = f_lseek(&file,file.fsize);//写在尾部 if(res != FR_OK) { udiskErrCode = SEEK_FILE_ERROR; gb_udiskOperationFinished = 1; f_close(&file); f_mount(0, NULL);  return(-1); }  res = f_write(&file, pFileData, operationLen, (void *)&numOfOperationBytes); if(res != FR_OK) { f_close(&file); f_mount(0, NULL);  udiskErrCode = WRITE_FILE_ERROR; gb_udiskOperationFinished = 1; return(-1); } if(operationLen != numOfOperationBytes) { f_close(&file); f_mount(0, NULL);  udiskErrCode = OPERATION_NOT_COMPLETE; gb_udiskOperationFinished = 1; return(-1); } f_close(&file); f_mount(0, NULL);  udiskErrCode = UDISK_OPERATION_OK;  gb_udiskOperationFinished = 1; break; case USH_USR_FS_CREATE_FILE: USBH_USR_ApplicationState = USH_USR_IDLE; if ( f_mount( 0, &fatfs ) != FR_OK )  { udiskErrCode = MOUNT_ERROR; gb_udiskOperationFinished = 1; return(-1); } res = f_open(&file, pFilePath, FA_CREATE_ALWAYS); if(res != FR_OK) { f_close(&file); f_mount(0, NULL);  udiskErrCode = OPEN_FILE_ERROR; gb_udiskOperationFinished = 1; return(-1); } f_close(&file); f_mount(0, NULL);  udiskErrCode = UDISK_OPERATION_OK;  gb_udiskOperationFinished = 1; break;  default: break; } return(0);} 

03

初始化USB HOST及主程序调用

调用如下函数初始化USB Host:

 /* Init Host Library */ USBH_Init(&USB_OTG_Core, #ifdef USE_USB_OTG_FS  USB_OTG_FS_CORE_ID,#else  USB_OTG_HS_CORE_ID,#endif  &USB_Host, &USBH_MSC_cb,  &USR_cb); 

主程序循环调用USBH_Process

 /* Host Task handler */ USBH_Process(&USB_OTG_Core, &USB_Host); 

/ The End /

本文主要介绍了在STM32F105平台上USB HOST MSC驱动移植和介绍。后续还会对程序中用到的文件系统FATFS部分进行讲解。

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