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nand flash fsmc usb 「正点原子STM32Mini板资料连载」第三十九章 USB 读卡器实验

发布时间 : 2025-02-25

作者 : 小编

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「正点原子STM32Mini板资料连载」第三十九章 USB 读卡器实验

1）实验平台：正点原子STM32mini开发板2）摘自《正点原子 STM32 不完全手册(HAL 库版)》关注官方微信号公众号，获取更多资料：正点原子

第三十九章 USB 读卡器实验

上一章我们向大家介绍了如何利用 STM32 的 USB 来做一个触控 USB 鼠标，本章我们将利

用 STM32 的 USB 来做一个 USB 读卡器。本章分为如下几个部分：

39.1 USB 读卡器简介

39.2 硬件设计

39.3 软件设计

39.4 下载验证

39.1 USB 读卡器简介

ALIENTEK MiniSTM32 开发板板载了一个 SD 卡插槽，可以用来接入 SD 卡，另外

MiniSTM32 开发板板载了一个 8M 字节的 SPI FLASH 芯片，通过 STM32 的 USB 接口，我们可

以实现一个简单的 USB 读卡器，来读写 SD 卡和 SPI FLASH。

本章我们还是通过移植官方的 USB Mass_Storage 例程来实现，该例程在 STSW-STM32121\

STM32_USB-FS-Device_Lib_V4.0.0\Projects\Mass_Storage 下可以找到（STSW-STM32121 是官

方的 USB 库压缩包，在光盘：8，STM32 参考资料\STM32 USB 学习资料文件夹下），注意这

里并非完全照搬官网的例程，有部分代码是被我们修改过的，以支持我们的应用。

USB Mass Storage 类支持两个传输协议：

1）Bulk-Only 传输（BOT）

2）Control/Bulk/Interrupt 传输（CBI）

Mass Storage 类规范定义了两个类规定的请求：Get_Max_LUN 和 Mass Storage Reset，所有

的 Mass Storage 类设备都必须支持这两个请求。

Get_Max_LUN（bmRequestType= 10100001b and bRequest= 11111110b）用来确认设备支持

的逻辑单元数。Max LUN 的值必须是 0~15。注意：LUN 是从 0 开始的。主机不能向不存在的

LUN 发送 CBW，本章我们定义 Max LUN 的值为 1，即代表 2 个逻辑单元。

Mass Storage Reset（bmRequestType=00100001b and bRequest= 11111111b）用来复位 Mass

Storage 设备及其相关接口。

支持 BOT 传输的 Mass Storage 设备接口描述符要求如下：

接口类代码 bInterfaceClass=08h，表示为 Mass Storage 设备；

接口类子代码 bInterfaceSubClass=06h，表示设备支持 SCSI Primary Command-2（SPC-2）；

协议代码 bInterfaceProtocol 有 3 种：0x00、0x01、0x50，前两种需要使用中断传输，最后

一种仅使用批量传输（BOT）。

支持 BOT 的设备必须支持最少 3 个 endpoint：Control, Bulk-In 和 Bulk-Out。USB2.0 的规

范定义了控制端点 0。Bulk-In 端点用来从设备向主机传送数据（本章用端点 1 实现）。Bulk-Out

端点用来从主机向设备传送数据（本章用端点 2 实现）。

ST 官方的例程是通过 USB 来读写 SD 卡（SDIO 方式）和 NAND FALSH，支持 2 个逻辑

单元，我们在官方例程的基础上，只需要修改 SD 驱动部分代码（改为 SPI），并将对 NAND

FLASH 的操作修改为对 SPI FLASH 的操作。只要这两步完成了，剩下的就比较简单了，对底

层磁盘的读写，都是在 mass_mal.c 文件实现的，所以我们只需要修改该函数的 MAL_Init、

MAL_Write、MAL_Read 和 MAL_GetStatus 等 4 个函数，使之与我们的 SD 卡和 SPI FLASH 对

应起来即可。

本章我对 SD 卡和 SPI FLASH 的操作都是采用 SPI 方式，所以速度相对 SDIO 和 FSMC 控

制的 NAND FLASH 来说，相对会慢一些。

39.2 硬件设计

本节实验功能简介：开机的时候先检测 SD 卡和 SPI FLASH 是否存在，如果存在则获取其

容量，并显示在 LCD 上面（如果不存在，则报错）。之后开始 USB 配置，在配置成功之后就

可以在电脑上发现两个可移动磁盘。我们用 DS1 来指示 USB 正在读写 SD 卡，并在液晶上显

示出来，同样我们还是用 DS0 来指示程序正在运行。

所要用到的硬件资源如下：

1）指示灯 DS0 、DS1

2）串口

3） TFTLCD 模块

4） SD 卡

5） SPI FLASH

6） USB 接口

这几个部分，在之前的实例中都已经介绍过了，我们在此就不多说了。不过还是要注意一

下 P13 的连接，要和上一章一样！

39.3 软件设计

本章，我们在第三十三章（实验 28）的基础上修改，首先打开实验 28 的工程，在

HARDWARE 文件夹所在的文件夹下新建一个 USB 的文件夹，并拷贝官方 USB 驱动库相关代

码到该文件夹下即拷贝：en.stm32cubef1\STM32Cube_FW_F1_V1.8.0\Middlewares\ST 文件夹下

的 STM32_USB_Device_Library 文件夹到该文件夹下面。

然后，在 USB 文件夹下面新建 CONFIG 文件夹，用来存放 USB 读卡器实现的相关代码，

拷贝自：STM32Cube_FW_F1_V1.8.0\Projects\STM3210E_EVAL\Applications\USB_Device\

MSC_Standalone 文件夹。注意：部分代码是有修改的，并非完全照抄官方代码，具体代码我们

就不细说了（详见光盘本例程源码）。

最后，在 main.c 里面，我们修改 main 函数如下：

extern vu8 USB_STATUS_REG;

//USB 状态

extern vu8 bDeviceState;

//USB 连接情况

extern USBD_HandleTypeDef hUsbDeviceFS;

int main(void)

{

u8 offline_cnt=0;

u8 tct=0; u8 USB_STA; u8 Divece_STA;

HAL_Init();

//初始化 HAL 库

Stm32_Clock_Init(RCC_PLL_MUL9); //设置时钟,72M

delay_init(72);

//初始化延时函数

uart_init(115200);

//初始化串口

LED_Init();

//初始化 LED

LCD_Init();

//初始化 LCD

W25QXX_Init();

//初始化 W25Q64

mem_init();

//初始化内存池

POINT_COLOR=RED;

//设置字体为红色

LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Mini STM32");

LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"USB Card Reader TEST");

LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");

LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2019/11/16");

if(SD_Init())//SD 卡初始化

LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"SD Card Error!");

//检测 SD 卡错误

else //SD 卡正常

{

LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"SD Card Size: MB");

Mass_Memory_Size[1]=(long long)SD_GetSectorCount()*512;

//得到 SD 卡容量（字节），当 SD 卡容量超过 4G 的时候,需要用到两个 u32 来表示

Mass_Block_Size[1] =512;//因为我们在 Init里面设置了 SD 卡的操作字节为 512 个,

//所以这里一定是 512 个字节.

Mass_Block_Count[1]=Mass_Memory_Size[1]/Mass_Block_Size[1];

LCD_ShowNum(134,130,Mass_Memory_Size[1]>>20,5,16); //显示 SD 卡容量

}

if(W25QXX_TYPE!=W25Q64)

LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"W25Q64 Error!");

//检测 W25Q64 错误

else //SPI FLASH 正常

{

Mass_Memory_Size[0]=4916*1024;//前 4.8M 字节

Mass_Block_Size[0] =512;//因为我们在 Init里面设置了 SD 卡的操作字节为 512 个,

//所以这里一定是 512 个字节.

Mass_Block_Count[0]=Mass_Memory_Size[0]/Mass_Block_Size[0];

LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"SPI FLASH Size:4916KB");

}

LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"USB Connecting...");//提示 USB 开始连接

USB_Reset();

MX_USB_DEVICE_Init();//usb 初始化

LCD_ShowString(30,190,200,16,16,"USB inited...");

delay_ms(1800);

while(1)

{

delay_ms(1);

if(USB_STA!=USB_STATUS_REG)//状态改变了

{

LCD_Fill(30,190,240,190+16,WHITE);//清除显示

if(USB_STATUS_REG&0x01)//正在写

{

LCD_ShowString(30,190,200,16,16,"USB Writing...");

//提示 USB 正在写入数据

}

if(USB_STATUS_REG&0x02)//正在读

{

LCD_ShowString(30,190,200,16,16,"USB Reading...");

//提示 USB 正在读出数据

}

if(USB_STATUS_REG&0x04)

LCD_ShowString(30,210,200,16,16,"USB Write Err ");//提示写入错误

else

LCD_Fill(30,210,240,210+16,WHITE);//清除显示

if(USB_STATUS_REG&0x08)

LCD_ShowString(30,230,200,16,16,"USB Read Err ");//提示读出错误

else LCD_Fill(30,230,240,230+16,WHITE);//清除显示

USB_STA=USB_STATUS_REG;//记录最后的状态

}

if(Device_STA!=USB_GetStatus())

{

Device_STA = USB_GetStatus();//记录新的状态

if(Device_STA==USBD_STATE_CONFIGURED)

{

POINT_COLOR=BLUE;

LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"USB Connected ");

//提示 USB 连接成功

} else

{

POINT_COLOR=RED;

LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"USB disConnected ");//提示 USB 断开

}

tct++;

if(tct==200)

{

tct=0;

LED0=!LED0;//提示系统在运行

if(USB_STATUS_REG&0x10)

{

offline_cnt=0;//USB 连接了,则清除 offline 计数器

bDeviceState=USBD_STATE_CONFIGURED;

} else//没有得到轮询

{

offline_cnt++;

if(offline_cnt>10)

{

bDeviceState=USBD_STATE_SUSPENDED;

//2s 内没收到在线标记,代表 USB 被拔出了

}

USB_STATUS_REG=0;

}

在 main 函数里面，我们将 SPI FLASH 的最开始 4.8M 地址范围用作 SPI FLASH Disk，也

就是文件系统管理的范围大小，这个我们在之前的 FATFS 也介绍过。

通过此部分代码就可以实现了我们之前在硬件设计部分描述的功能，这里我们用到了一个

全局变量 USB_STATUS_REG，用来标记 USB 的相关状态，这样我们就可以在液晶上显示当前

USB 的状态了。软件设计部分就为大家介绍到这里。

39.4 下载验证

在代码编译成功之后，我们通过下载代码到 MiniSTM32 开发板上，在 USB 配置成功后（假

设已经插入 SD 卡，注意：USB 数据线，要插在开发板侧面的 USB 口！不是 USB_232 端口！），

LCD 显示效果如图 39.4.1 所示：

图 39.4.1 USB 连接成功

此时，电脑提示发现新硬件如图 39.4.2 所示：

图 39.4.2 USB 读卡器被电脑找到

等 USB 配置成功后，DS1 不亮，DS0 闪烁，并且在电脑上可以看到我们的磁盘，如图 39.4.3

所示：

图 39.4.3 电脑找到 USB 读卡器的两个盘符

我们打开设备管理器，在通用串行总线控制器里面可以发现多出了一个 USB Mass Storage

Device，同时看到磁盘驱动器里面多了 2 个磁盘，如图 39.4.4 所示：

图 39.4.4 通过设备管理器查看磁盘驱动器

此时，我们就可以通过电脑读写 SD 卡或者 SPI FLASH 里面的内容了。在执行读写操作的

时候，就可以看到 DS1 亮，并且会在液晶上显示当前的读写状态。

注意，在对 SPI FLASH 操作的时候，最好不要频繁的往里面写数据，否则很容易将 SPI

FLASH 写爆！！

如何使用MM32F3270单片机FSMC驱动外部NOR Flash

在某些应用中，需要较大容量的存储空间用于存储数据；可以通过SPI 外扩NOR Flash，NAND Flash, 或者通过SDIO扩展SD Card或TF-Card。但有些需要高速存储数据，上述方式还是不够快速，这时可以使用MM32F3270系列的FSMC来外扩并行NOR Flash来实现。并行NOR Flash与并行SRAM和PSRAM的读写接口大部分相同，但NOR Flash的写入速度与SRAM和PSRAM比较，相对较慢，需要通过NWAIT 信号检查NOR Flash的操作状态，并做一些等待，相应的时序需要根据不同的NOR Flash芯片所规定的参数而做相应的设置即可。

FSMC控制器外部信号

结合MM32F3270 的FSMC外部接口信号，可使用异步方式访问Nor Flash，可以选用复用或非复用方式扩展NOR Flash，还可以通过配置实现外扩8位总线或16位总线接口的NOR Flash。

MM32F3270不同封装芯片与NOR Flash接口

MM32F3270系列MCU因为封装的原因，导致只有部分MCU产品可以通过硬件复用出全部或部分的FSMC接口的相关GPIO；外扩NOR Flash也只有使用 LQFP144引脚封装MCU芯片才能支持连接地址数据非复用和复用方式外扩并行NOR Flash；而LQFP100引脚封装芯片因地址线缩减，仅支持连接地址数据复用方式外扩并行NOR Flash。LQFP64因为无法引出足够的地址与数据总线，同样不支持外扩并行NOR Flash。目前市场上非复用型16位数据总线接口的NOR Flash也是较为普遍。灵动微电子是本土领先的通用32位MCU产品及解决方案供应商。MCU产品以MM32为标识，基于Arm Cortex-M系列内核，自主研发软硬件和生态系统。代理商英尚微为客户提供从硬件芯片到软件算法、从参考方案全方位支持。

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如何使用MM32F3270单片机FSMC驱动外部NOR Flash

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