U盘数据采集系统软件篇二（U盘模块）

最新推荐文章于 2025-04-29 18:29:31 发布

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文章标签：嵌入式 stm32 usb 驱动程序

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/m0_46341772/article/details/104804613

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本文详细介绍了如何在STM32F105芯片上实现USB HOST功能，特别是针对U盘数据的读写。内容涵盖了USB接口的特点，驱动程序的移植，以及核心状态机的实现。通过STM32CubeMX配置生成初始化代码，简化了开发过程。文章还预告了后续将对FATFS文件系统进行讲解。

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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

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？)
驱动移植
移植文件如下图

OTG和HOST驱动文件简要说明

文件	模块	说明
usb_core.c/h	Common	该文件包含硬件抽象层和USB通信操作
usb_hcd.c/h	Host	该文件包含USB_HOST_Library访问核心时使用的Host接口层
usb_hcd_int.c/h	Host	该文件包含Host模式所使用的中断子程序
usbh_core.c/h	Host core	该文件包含处理所有USB通信和状态机的功能
usbh_stdreq.c/h	Host core	该文件实现设备枚举的标准请求
usbh_ioreq.c/h	Host core	该文件处理USB事务的生成
usbh_hcs.c/h	Host core	该文件处理主机通道分配和触发进程

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。
MSC驱动文件介绍

文件	说明
usbh_msc_core.c /.h	MSC核心状态机实现
usbh_msc_bot.c /.h	BOT（Bulk-Only Transport）协议实现
usbh_msc_scsi.c /.h	SCSI命令的实现
usbh_msc_fatfs.c/.h	用于与Fatfs文件系统进行文件访问操作接口的功能。*其就是Fatfs中diskio.c/.h的实现

用户文件介绍

文件	说明
usb_bsp.c	与芯片的接口实现文件
usbh_usr.c/h	用户回调函数

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。
配置文件介绍

文件	说明
usb_conf.h	USB OTG底层驱动配置
usbh_usr.c/h	USB HOST底层驱动配置

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

USB处理状态机
下面介绍USB处理的俩个核心状态机。

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

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