STM32H743-ARM例程24-USB_MSC - 指南

news/2025/11/16 8:26:16/文章来源:https://www.cnblogs.com/ljbguanli/p/19226908

STM32H743-ARM例程24-USB_MSC - 指南

目录

  • 实验平台
  • USB简介
  • MSC
  • OTG_HS
    • OTG主要特性
    • USB_OTG_HS原理图
  • STM32CubeMX生成工程
  • 实验代码
  • 实验现象

实验平台

硬件：银杏科技GT7000双核心开发板-ARM-STM32H743XIH6，银杏科技iToolXE仿真器
软件：最新版本STM32CubeH7固件库，STM32CubeMX v6.10.0，开发板环境MDK v5.35，串口工具putty

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。STM32H750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。
  STM32H750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。

MSC

  USB MSC 的全称是 USB Mass Storage Class，即 USB 大容量存储设备类。它是 USB 标准中定义的一个设备类，其核心目的是为了让主机（如电脑）能够以一套标准化的协议来访问各种各样的存储设备，而无需为每个设备单独安装特定的驱动程序。
MSC特点：

  1. 极高的兼容性：得益于标准化，从 Windows、macOS、Linux 到智能电视、车载系统，几乎所有带 USB 口的设备都原生支持 MSC，实现“开箱即用”。
  2. 对主机要求低：主机只需实现通用的 MSC 驱动，无需关心存储设备使用的是 NAND Flash、微硬盘还是其他任何介质。
  3. 使用简单：用户看到的就是一个普通的磁盘，可以直接进行拖拽文件等操作。

  STM32H743在实现MSC通信时，需要用到FatFsWENJXITONG，来管理存储介质上的数据。文件传输涉及到文件的创建、读取、写入、删除等操作，这些操作可以通过USB主机发送指令来实现。
主要步骤包括：

  1. 初始化文件系统：在固件中初始化FatFs或类似的文件系统
  2. 文件系统挂载：将存储介质挂载到文件系统上，是设备能够开始文件操作
  3. 文件操作接口：提供接口函数来执行打开、读取、写入、关闭等文件操作
  4. 命令处理：更加USB主机发送的SCSI命令，通过文件系统进行相应的文件操作

  通过这些步骤STM32H743可以对大容量存储设备进行高效的管理，使得通过USB接口进行文件传输变的可行。

OTG_HS

  USB OTG（On-The-Go）是一种支持双角色（主机和从机）的USB控制器，广泛应用于嵌入式系统中。STM32系列微控制器提供了多种USB OTG模块，支持全速（Full-Speed）和高速（High-Speed）通信，适用于多种场景，如读写U盘、USB键盘/鼠标、虚拟串口(CDC)、HID设备等。
  STM32H7中存在两个OTG_HS模块（OTG_HS1和OTG_HS2）。尽管他们都可以编程为HS操作，但只有OTG_HS1具有可访问的ULPI接口，因此允许使用外部HS收发器进行高速操作。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

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_HS接口的通用特性如下：

(2) 主机（Host）模式特性
OTG_HS接口在主机模式下具有以下主要特性和要求：

(3) 从机（Slave/Device）模式特性
OTG_HS接口在从机模式下具有以下特性：

USB_OTG_HS原理图

在这里插入图片描述

STM32CubeMX生成工程

我们参考前面章节STM32H743-结合CubeMX新建HAL库MDK工程，打开CubeMX软件，重复步骤不再展示。我们来看配置USB部分和FATFS部分配置如下图所示：
USB配置
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
FATFS配置
在这里插入图片描述
时钟配置
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

实验代码

1. 主函数

int main(void)
{
MPU_Config();
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_USART6_UART_Init();
MX_FATFS_Init();
MX_USB_HOST_Init();
uart6.printf("This is the USB Mass Storage Class test interface！\r\n\r\n");
uart6.initialize(115200);
uart6.printf("\x0c");
uart6.printf("\033[1;32;40m");
while (1)
{
MX_USB_HOST_Process();//USB主机处理函数
}
}

2. USB_HOST初始化函数

void MX_USB_HOST_Init(void)
{
/* 初始化主机库，添加支持的类并启动该库 */
if (USBH_Init(&hUsbHostHS, USBH_UserProcess, HOST_HS) != USBH_OK)
{
Error_Handler();
}
if (USBH_RegisterClass(&hUsbHostHS, USBH_MSC_CLASS) != USBH_OK)
{
Error_Handler();
}
if (USBH_Start(&hUsbHostHS) != USBH_OK)
{
Error_Handler();
}
}

3. USBH_UserProcess函数

void MX_USB_HOST_Process(void)//USB主机用户回调函数
{
USBH_Process(&hUsbHostHS);//调用USB主机的处理函数
}
//在下面函数中完成挂载文件系统、打开文件、设置文件指针位置、写入数据、读取数据等操作
static void USBH_UserProcess  (USBH_HandleTypeDef *phost, uint8_t id)
{
/* USER CODE BEGIN CALL_BACK_1 */
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;
//f_mount
res = f_mount(&fatfs,"0:",1);
if(res != RES_OK){
USBH_UsrLog("\r\nf_mount error!");
while(1){
LED_ON;
HAL_Delay(500);
LED_OFF;
HAL_Delay(500);
}
}else{
USBH_UsrLog("\r\nf_mount successful!");
}
//f_open
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_ON;
HAL_Delay(500);
LED_OFF;
HAL_Delay(500);
}
}else{
USBH_UsrLog("f_open successful!");
}
//f_lseek
res = f_lseek(&file,0);
if(res != RES_OK){
USBH_UsrLog("f_lseek error!");
while(1){
LED_ON;
HAL_Delay(500);
LED_OFF;
HAL_Delay(500);
}
}else{
USBH_UsrLog("f_lseek successful!");
}
//f_write
res = f_write(&file,write_buffer,512,&counter);
if(res != RES_OK || counter != 512){
USBH_UsrLog("f_write error!");
while(1){
LED_ON;
HAL_Delay(500);
LED_OFF;
HAL_Delay(500);
}
}else{
USBH_UsrLog("f_write successful!");
}
//f_lseek
res = f_lseek(&file,0);
if(res != RES_OK){
USBH_UsrLog("f_lseek error!");
while(1){
LED_ON;
HAL_Delay(500);
LED_OFF;
HAL_Delay(500);
}
}else{
USBH_UsrLog("f_lseek successful!");
}
//f_read
res = f_read(&file,read_buffer,512,&counter);
if(res != RES_OK || counter != 512){
USBH_UsrLog("f_read error!");
while(1){
LED_ON;
HAL_Delay(500);
LED_OFF;
HAL_Delay(500);
}
}else{
USBH_UsrLog("f_read successful!");
}
f_close(&file);
USBH_UsrLog("read data:");
for(i = 0;i < 32;i++){
for(j = 0; j < 16; j ++)
uart6.printf("%02X ",read_buffer[i*16+j]);
uart6.printf("\r\n");
}
break;
case HOST_USER_CONNECTION:
Appli_state = APPLICATION_START;
break;
default:
break;
}
}

注：在CubeMX配置USB中USBH_DEBUG_LEVEL(USBH Debug Level)我们选择的是1，即等级1，在生成的工程文件usbh_conf.h中有DEBUG打印信息重定义，默认的是printf，我们用的是uart6，所以我们需要再修改下usbh_conf.h，这样我们的代码运行后就可以从uart6打印USB的操作文件系统的信息了。
在这里插入图片描述

实验现象

用putty串口终端打开串口，将U盘插入底板USB-HS口(USB-HS接口是type-c，需要一个type-c转USB线)，显示如下
在这里插入图片描述

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