干貨分享 | 基于SPI Flash的U盤程序，從STM32F103到ACM32F403

發(fā)布時間:2021-12-23

前言

本項目是以SPI Flash（如W25Q128等）存儲元件作為存儲單元，MCU主控完成USB接口通信并根據(jù)SCSI協(xié)議實現(xiàn)U盤功能。其結(jié)構(gòu)如下圖所示：

SPI Flash部分移植

SPI功能部分相對簡單，ACM32F403的接口引腳和STM32F103的相同，可直接對接，按照ACM32F403的說明對SPI接口進行初始化，并對底層讀寫函數(shù)進行更改即可。

USB部分移植

1. STM32F103代碼結(jié)構(gòu)

在ST的芯片上，USB的數(shù)據(jù)是由兩個中斷，USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler和USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler來進行，其中高優(yōu)先級中斷（USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler）用于處理同步(Isochronous)模式傳輸或雙緩沖塊(Bulk)傳輸模式下的正確傳輸事件，而低優(yōu)先級中斷（USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler）用于處理其他傳輸時間。ST的USB數(shù)據(jù)處理如下圖所示：

由于USBFS協(xié)議的限制，一包數(shù)據(jù)中最多可攜帶64字節(jié)數(shù)據(jù)，因此，當(dāng)存在大量數(shù)據(jù)需要進行傳輸（IN或OUT包）時，需要分批次進行傳輸。在ST的代碼中，通過變量“Bot_State”來進行控制，以Read10指令為例，其讀數(shù)據(jù)流程可如下圖所示：

需要注意的是，Read10指令解析完成之后（即上圖左側(cè)流程圖）則進入數(shù)據(jù)傳輸階段，此階段是通過多次進入USB高優(yōu)先級中斷中，調(diào)用Read_Memory()；來實現(xiàn)的。Read_Memory()；函數(shù)內(nèi)每次傳輸64字節(jié)數(shù)據(jù)。

2. ACM32F403代碼移植要點

本文基于上海航芯官方USB例程進行移植，移植后的程序結(jié)構(gòu)如下圖所示：

ACM32F403的USB是采用一個中斷來進行數(shù)據(jù)處理。在官方例程中，USB的中斷函數(shù)內(nèi)判定接收數(shù)據(jù)類型，包括suspend，resume，reset，EP0_pack以及其他端點的接收數(shù)據(jù)。判定結(jié)束后，會調(diào)用USB_Monitor();函數(shù)來處理suspend，resume，reset以及EP0_pack數(shù)據(jù)。而其他端點數(shù)據(jù)會在usb_transfer_monitor();函數(shù)中進行解析，該函數(shù)由客戶調(diào)用，一般在主函數(shù)的死循環(huán)中進行處理。在本文的移植中，主要需對USB的端點數(shù)據(jù)進行處理。

A. EP0_Pack

EP0接收的setup數(shù)據(jù)會被存放在SETIP_0_3_DATA和SETIP_4_7_DATA寄存器中 ，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下所示：

dev_req.bmRequestType=USBCTRL->SETIP_0_3_DATA &0xff;    

dev_req.bRequest=(USBCTRL->SETIP_0_3_DATA>>8)&0xff;

dev_req.wValue=(USBCTRL->SETIP_0_3_DATA>>16)&0xffff;

dev_req.wIndex   = USBCTRL->SETIP_4_7_DATA&0xffff;

dev_req.wLength=(USBCTRL->SETIP_4_7_DATA>>16)&0xffff;  

該部分解析，可由用戶在函數(shù)void usb_control_transfer(void)中添加需要的處理函數(shù)。該函數(shù)由航芯官方例程里提供。在做U Disk程序移植時，需添加GetMaxLun和Storage_Reset處理函數(shù)，如下圖所示：

B. EP1_Pack

在本文所述的代碼中，ACM32F403采用EP1完成數(shù)據(jù)的收發(fā)工作。主要是完成對SCSI協(xié)議的解析工作。移植過程中，需要文件mass_mal.c、memory.c、scsi_data.c、usb_scsi.c、usb_bot.c及其頭文件。本段主要就上述文件中代碼需要改動的地方進行說明，部分參數(shù)需要重新定義，讀者可自行解決。下表列出了ST和Aisino的USB收發(fā)功能函數(shù)，該部分移植時需要修改的主要部分：

a. void Mass_Storage_In (void)

在ST的工程代碼中該部分主要用于處理SCSI的讀指令。由于全速USB一包數(shù)據(jù)最大支持64字節(jié)，因此，當(dāng)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)個數(shù)大于該數(shù)值時，則需要分包傳輸。在使用ACM32F403時，可直接傳送需要的數(shù)據(jù)長度，內(nèi)部會進行分包處理，因此，該函數(shù)可省略。

b. void Mass_Storage_Out (void)

該函數(shù)用于處理SCSI指令解析以及發(fā)送指令，需在usb_transfer_monitor()中調(diào)用，并將函數(shù)內(nèi)部的接收數(shù)據(jù)部分更改為：

“Data_Len = HAL_FSUSB_Receive_Data(Bulk_Data_Buff, 64, out_ep_index, 1);”

c.void Transfer_Data_Request(uint8_t* Data_Pointer, uint16_t Data_Len)

將USB發(fā)送函數(shù)更改為ACM32F403對應(yīng)的發(fā)送函數(shù)。在ST的工程中，該函數(shù)用于傳輸完數(shù)據(jù)后，進入BOT_DATA_IN_LAST狀態(tài)，并在下一次的Mass_Storage_In()函數(shù)調(diào)用時，回復(fù)CSW指令。而本文的移植代碼中，省略了Mass_Storage_In()函數(shù)，因此，可在該函數(shù)的尾部增加CSW發(fā)送指令：

Set_CSW (CSW_CMD_PASSED, SEND_CSW_ENABLE);

d.void Set_CSW (uint8_t CSW_Status, uint8_t Send_Permission)

將USB發(fā)送函數(shù)更改為ACM32F403對應(yīng)的發(fā)送函數(shù)。

e.void Bot_Abort(uint8_t Direction)

該函數(shù)主要對收發(fā)端點的STALL狀態(tài)進行處理，在ACM32F403的收發(fā)庫函數(shù)中，對端點的STALL已做出相應(yīng)控制，因此，該函數(shù)可省略。

f.void Read_Memory(uint8_t lun, uint32_t Memory_Offset, uint32_t Transfer_Length)

Read_Memory函數(shù)用于收到PC端的IN包請求后將存儲器中的數(shù)據(jù)讀取并發(fā)送至PC端。而ACM32F403的USB發(fā)送庫函數(shù)中，自行進行分包操作(一包最大數(shù)據(jù)為64字節(jié))，因此在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)容量允許條件下，可直接發(fā)送完畢，該函數(shù)修改如下：

{

  uint32_t Offset, Length;

  Offset = Memory_Offset * Mass_Block_Size[lun];

  Length = Transfer_Length * Mass_Block_Size[lun];

  CSW.dDataResidue = CBW.dDataLength;

  while(Transfer_Length --)

  {

         MAL_Read(lun ,

                          Offset ,

                          Data_Buffer,

                          Mass_Block_Size[lun]);

         Length = min(Mass_Block_Size[lun], CSW.dDataResidue);

         Offset += Mass_Block_Size[lun];

         HAL_FSUSB_Send_Data((uint8_t *)(Data_Buffer), Length, in_ep_index);

         CSW.dDataResidue -= Length;

  }

Set_CSW (CSW_CMD_PASSED, SEND_CSW_ENABLE);

}

g.void Write_Memory (uint8_t lun, uint32_t Memory_Offset, uint32_t Transfer_Length)

寫數(shù)據(jù)指令完成后，將Bot_State 值更改為 BOT_IDLE。ST的工程代碼中，變量“Bot_State”收發(fā)狀態(tài)機的狀態(tài)值，其值如下表所示：

而基于ACM32F403的U Disk工程，IN包可由函數(shù)HAL_FSUSB_Send_Data（）在其內(nèi)部進行分包處理，不需要額外邏輯，因此，移植后Bot_State僅需要在BOT_IDLE、BOT_DATA_OUT、BOT_ERROR之間轉(zhuǎn)換，其他對Bot_State的控制可省略。

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