第六十八章 USB读卡器(Slave)实验

STM32H7R7系列芯片都自带了USB OTG FS和USB OTG HS（自带高速PHY芯片，速度可达480Mbps），支持USB Host和USB Device，所有USB相关例程，除了USB声卡实验使用USB OTG FS，其他USB例程均使用USB OTG HS实现。

下面，我们将介绍如何使用USB OTG HS在STM32H7R7开发板上实现一个USB读卡器。

本章分为如下几个小节：

68.1 USB简介

68.2 硬件设计

68.3 程序设计

68.4 下载验证

68.1 USB简介

USB，即通用串行总线(Universal Serial Bus)，包括USB协议和USB硬件两个方面，支持热插拔功能。现在日常生活的很多方面都离不开USB的应用，如充电和数据传输等方面的应用。

USB经过多次修改，1996年确定了初始规范版本USB1.0，目前由非盈利组织USB-IF( https://www.usb.org )管理。STM32自带的USB符合USB2.0规范，故2.0版本仍是本文的重点介绍对象。

68.1.1 USB简介

USB本身的知识体系非常复杂，本节只能作一点知识点的引入。本书篇幅有限，不可能在这里详细介绍，想更系统地学习USB的知识可以参考《圈圈教你玩 USB》、塞普拉斯提供的《USB 101：通用串行总线 2.0 简介》等文献，下面我们一起来看USB的简单特性：

l USB的硬件接口

USB协议有漫长的发展历程，为的不同的场合和硬件功能而发展出不同的接口：Type-A、Type-B、Type-C，Type-C规范碰巧是跟着USB3.1的规范一起发布的。常见的接口类型列出如图68.1.1所示：

图68.1.1 常见的USB连接器的形状

USB 发展到现在已经有 USB1.0/1.1/2.0/3.x/4等多个版本。目前用的最多的就是版本 USB1.1和USB2.0，USB3.x/USB4目前也在加速推广。从图中可以发现不同的版本的USB接口内的引脚数量是有差异的。USB3.0以后为了提高速度，采用了更多数量的通讯线，比如同样的是Type A接口，USB2.0版本内部只有四根线，采用半双工式广播式通讯，USB3.0版本则将通讯线提高到了9根，并可以支持全双工非广播式的总线，允许两个单向数据管道分别处理一个单向通信。

USB2.0常使用四根线：VCC（5V）、GND、D+(3.3V)和D-(3.3V) (注：五线模式多了一个DI脚用于支持OTG模式，OTG为USB主机+USB设备双重角色)，其中数据线采用差分电压的方式进行数据传输。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3.3V，而如果是低速设备，则会在D-上接一个1.5K的电阻到3.3V。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。

关于USB硬件还有更多具体的细节规定，硬件设计时需要严格按照USB的器件的使用描述和USB标准所规定的参数来设计。

l USB速度

USB规范已经为USB系统定义了以下四种速度模式：低速（Low-Speed）、全速（Full-Speed）、高速（Hi-Speed）和超高速（SuperSpeedUSB）。接口的速度上限与设备支持的USB协议标准和导线长度、阻抗有关，不同协议版本对硬件的传输线数量、阻抗等要求各不相同，各个版本的能达到的理论速度上限对应如图68.1.2。

图68.1.2 USB协议发展与版本对应的速度

USB端口和连接器有时会标上颜色，以指示USB规格及其支持的功能。这些颜色不是USB规范所要求的，并且在设备制造商之间不一致。例如，常见的支持USB3.0的U盘和电脑等设备使用蓝色指示，英特尔使用橙色指示充电端口等。

l USB系统

USB系统主要包括三个部分：控制器（Host Controller）、集线器 (Hub) 和USB设备。

控制器（Host Controller），主机一般可以有一个或多个控制器，主要负责执行由控制器驱动程序发出的命令。控制器驱动程序(Host Controller Driver)在控制器与USB设备之间建立通信信道。

集线器(Hub)连接到USB主机的根集线器，可用于拓展主机可访问的USB设备的数量。

USB设备(USB Device)则是我们常用的如U盘，USB鼠标这类受主机控制的设备。

l USB通讯

USB针对主机、集线器和设备制定了严格的协议。概括来讲，通过检测、令牌、传输控制、数据传输等多种方式，定义了主机和从机在系统中的不同职能。USB系统通过“管道”进行通讯，有“控制管道”和“数据管道”两种，“控制管道”是双向的，而每个“数据管道”则是单向的，这种关系如图68.1.3所示。

图68.1.3 USB管道模型

USB通讯中的检测和断开总是由主机发起。USB主机与设备首次进行连接时会交换信息，这一过程叫“USB枚举”。枚举是设备和主机间进行的信息交换过程，包含用于识别设备的信息。此外，枚举过程主机需要分配设备地址、读取描述符（作为提供有关设备信息的数据结构），并分配和加载设备驱动程序，而从机需要提供相应的描述符使主机知悉如何操作此设备。整个过程需要数秒时间。完成该过程后设备才可以向主机传输数据。数据传输也有规定的三种类型，分别是：IN/读取/上行数据传输、OUT/写入/下行数据传输、控制数据传输。

USB通过设备端点寻址，在主机和设备间实现信息交流。枚举发生前有一套专用的端点用于与设备进行通信。这些专用的端点统称为控制端点或端点0，有端点0 IN和端点0 OUT两个不同的端点，但对开发者来说，它们的构建和运行方式是一样的。每一个USB设备都需要支持端点0。因此，端点0不需要使用独立的描述符。除了端点0外，特定设备所支持的端点数量将由各自的设计要求决定。简单的设计（如鼠标）可能仅要一个IN端点。复杂的设计可能需要多个数据端点。

USB规定的数据4种数据传输方式也是通过管道进行，分别是控制传输(Control Transfer)、中断传输(Interrupt Transfer)、批量传输或叫块传输(Bulk Transfer)、实时传输或叫同步传输(Isochronous Transfer )，每种模式规定了各自通讯时使用的管道类型。

关于USB还有很多更详细的时序和要求，像USB描述符、VID/PID的规定、USB类设备和调试等，因为USB2.0和之后的版本有差异，这里就不再为大家列举了，ST对USB2.0也有专门的培训资料，这部分我们也放到“光盘资料A盘→8，STM32参考资料→2，STM32 USB学习资料”中了，感兴趣的朋友自行去查阅更的USB的相关扩展知识，我们对USB的简介就到这里。

68.1.2 STM32H7R7的USB特性

USB发展到现在已经有USB1.0/1.1/2.0/3.0/4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。STM32H7R7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。

STM32H7R7系列芯片自带有USB2 OTG FS（全速）和USB OTG HS（高速，带PHY）。

STM32H7R7的USB OTG FS是一款双角色设备 (DRD) 控制器，同时支持从机功能和主机功能，完全符合USB 2.0规范的On-The-Go补充标准。此外，该控制器也可配置为“仅主机”模式或“仅从机” 模式，完全符合USB 2.0规范。

STM32H7R7的USB OTG HS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

Ø 经USB-IF认证，符合通用串行总线规范第2.0版

Ø OTG_HS支持以下物理层接口：

1，一个用于内部HS PHY的UTMI接口

Ø 包括对可选的on-go（OTG）协议的详细支持（PHY）

在on-go Supplement Rev 2.0规范中

1，集成支持A-B设备识别（ID线）

2，允许主机在OTG应用程序中关闭Vbus以节省电池电量

3，支持OTG监控Vbus水平与内部比较器

Ø 可通过软件配置为以下角色：

1，USB On-Go全速双角色设备

Ø 支持HS SOFs和LS Keep-alive令牌

1，SOF脉冲可通过PAD输出

2，SOF脉冲从内部连接到定时器 x (TIMx)

3，可配置的帧周期

1，可配置的帧结束中断

Ø OTG_HS在DMA模式中嵌入了一个具有阈值支持和软件可选择的AHB突发类型的内部DMA

Ø 具有省电功能，例如在USB挂起期间停止系统、关闭数字模块时钟、对PHY和DFIFO电源加以管理

Ø 具有4KB的专用RAM，采用高级的FIFO控制

1，可将 RAM 空间划分为不同FIFO，以便灵活有效地使用RAM

2，每个FIFO可存储多个数据包

3，动态分配存储区

4，FIFO大小可配置为非2的幂次方值，以便连续使用存储单元

Ø 保证最大USB带宽高达一帧（1毫秒），无需系统干预

Ø 支持充电端口检测，详见1.2版电池充电规范

2、主机（Host）模式特性

Ø 通过外部电荷泵生成VBUS电压。

Ø 多达16个（HS）主机通道（管道）：每个通道都可以动态实现重新配置，可支持任何类型的USB 传输。

Ø 内置硬件调度器可：

1，在周期性硬件队列中存储多达16(HS)个中断加同步传输请求

Ø 管理一个共享RX FIFO、一个周期性TX FIFO和一个非周期性TX FIFO，以有效使用USB数据RAM。

3、从机（Slave/Device）模式特性

Ø 1个双向控制端点0

Ø 8个IN 端点 (EP)，可配置为支持批量传输、中断传输或同步传输

Ø 8个OUT 端点(EP)，可配置为支持批量传输、中断传输或同步传输

Ø 管理一个共享Rx FIFO和一个Tx-OUT FIFO，以高效使用USB数据RAM

Ø 管理多达9个专用Tx-IN FIFO（分别用于每个使能的IN EP），降低应用程序负荷支持软断开功能。

STM32H7R7 USB OTG HS框图如图68.1.1所示：

图68.1.1 USB OTG 框图

对于USB OTG HS功能模块，STM32H7R7通过AHB总线访问（AHB频率必须大于30Mhz），另外，USB OTG的内核时钟必须是48Mhz，由RCC_D2CCIP2R寄存器的USBSEL[1:0]位选择：00，禁止USB内核时钟；01，USB内核时钟来自pll1_q_ck；10，USB内核时钟来自pll3_q_ck；11，USB内核时钟来自hsi48_ck；因为pll1_q_ck和pll3_q_ck很有可能被其他外设用作时钟，不方便设置为48Mhz，因此我们一般使用hsi48_ck作为USB OTG内核时钟（USBSEL[1:0]=11），这样就不会受到其他外设的影响。

要正常使用STM32H7R7的USB，就得编写USB驱动，而整个USB通信的详细过程是很复杂的，本书篇幅有限，不可能在这里详细介绍，有兴趣的朋友可以去看看电脑圈圈的《圈圈教你玩USB》这本书，该书对USB通信有详细讲解。如果要我们自己编写USB驱动，那是一件相当困难的事情，尤其对于从没了解过USB的人来说，基本上不花个一两年时间学习，是没法搞定的。不过，ST提供了我们一个完整的USB OTG 驱动库（包括主机和设备），通过这个库，我们可以很方便的实现我们所要的功能，而不需要详细了解USB的整个驱动，大大缩短了我们的开发时间和精力。

STM32H7R7的USB例程全部是以HAL库的形式提供，为了简化开发设计，我们直接使用ST提供的HAL库版本USB驱动库来设计相关例程。

ST提供的H7 USB OTG库和相关参考例程在en.stm32cubeh7rs-v1-0-0.zip里面可以找到，该文件可以在 www.st.com 网站搜索：cubeh7rs找到。不过，我们已经帮大家下载到开发板光盘：8，STM32参考资料→1，STM32CubeH7RS固件包 →en.stm32cubeh7rs-v1-0-0.zip。解压可以得到STM32H7RS的Cube固件支持包：STM32Cube_FW_H7RS_V1.0.0，该文件夹里面包含了H7RS的USB 主机（Host）和从机（Device）驱动库，并提供了21个例程供我们参考，如图68.1.2所示：

图68.1.2 ST提供的USB OTG库

标号1是H7RS USB从机驱动库；

标号2是H7RS USB主机驱动库；

标号3是H7RS USB从机例程（共15个）；

标号4是H7RS USB主机例程（共6个）；

整个USB OTG库的使用和例程说明，可以参考ST官方提供的：UM1734（从机）和UM1720（主机）这两个文档（在光盘：8，STM32参考资料→2，STM32 USB 学习资料文件夹），这两个文档详细介绍了USB OTG库的各个组成部分以及所提供的例程使用方法，有兴趣学习USB的朋友，这个文档是必须仔细看的。

本实验我们参考的文件有：STM32Cube_FW_H7RS_V1.0.0\Middlewares\ST \STM32_USB_Device_Library和STM32_USB_Host_Library，以实现USB读卡器功能。

68.2 硬件设计

1. 例程功能

本实验代码，开机的时候先检测SD卡、NOR FLASH和SD NAND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三个可移动磁盘。USB正在读写会在液晶上显示出来。

LED0闪烁，提示程序运行。

2. 硬件资源

1）LED灯

LED0：LED0 – PD14

LED1：LED1 – PC0

2）串口1(PB14/PB15连接在板载USB转串口芯片CH340上面)

3）正点原子2.8/3.5/4.3/7/10寸TFTLCD模块(包括MCU屏和RGB屏,都支持)

4）USB_SLAVE接口(D+/D-连接在PM6/PM5上)

5）norflash

6）SD卡，通过SDMMC(SDIO_D0~D4(PC8~PC11)，

SDMMC_SCK(PC12)，SDMMC_CMD(PD2))连接

7）SD NAND

3. 原理图

开发板采用的是Type-C USB接头，用来和电脑的USB相连接，Type-C USB接口与STM32的连接电路图，如下图所示：

图68.2.3.1 Type-C USB接口与STM32的连接电路图

从上图可以看出，USB座没有直接连接到STM32H7R7上面的，而是通过P11转接，所以我们需要通过跳线帽将DM和DP 分别接到HS D-和HS D+，如图68.2.3.2所示：

图68.2.3.2硬件连接示意图

需要注意的是：这个Type-C USB座和USB-A座（USB_HOST）是共用D+和D-的，所以他们不能同时使用。这个在使用的时候，要特别注意！！本实验测试时，USB_HOST不能插入任何USB设备！另外，如果只有STM32H7R7核心板的，可以利用核心板上面的Type-C USB接电脑，同样也实现本例程的功能。

68.3 程序设计

68.3.1 程序解析

这里我们只讲解核心代码，详细的源码请大家参考光盘本实验对应源码。

本实验，我们在：实验42 SD卡实验的基础上修改，代码移植自ST官方例程：STM32Cube_FW_H7RS_V1.0.0\Projects\STM32H7S78-DK\Applications\USB_Device\MSC_Standalone。该目录下提供了三种开发环境的工程：EWARM、MDK和STM32CubeIDE，我们使用的是MDK，打开MDK工程，然后就可以知道和USB相关的代码有哪些，如图68.3.2.1所示：

图68.3.2.1 ST官方例程USB相关代码

有了这个官方例程做指引，我们就知道具体需要哪些文件，从而实现本章例程。

首先，在本例程（即实验42 SD卡实验）工程的Middlewares文件夹下面，新建一个USB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：光盘→8，STM32参考资料 →1，STM32CubeH7RS固件包 →STM32Cube_FW_H7RS_V1.0.0 →Middlewares →ST文件夹下的： STM32_USB_Device_Library、STM32_USB_Host_Library两个文件夹及源码拷贝到该文件夹下面。

然后，在USB文件夹下，新建一个USB_APP文件夹用于存放MSC实现相关代码，即：STM32Cube_FW_H7RS_V1.0.0 →ProjectsàSTM32H7S78-DK →Applications →USB_Device →MSC_Standalone →Appli →Src下的部分代码：usbd_conf.c、usbd_storage_if.c和usbd_desc.c等3个.c文件，同时拷贝：STM32Cube_FW_H7RS_V1.0.0 →Projects →STM32H7S78-DK →Applications →USB_ Device →MSC_Standalone →Appli →Inc下面的：usbd_conf.h、usbd_storage.h和usbd_desc.h等三个文件到USB_APP文件夹下。

由于官方提供的USB_APP文件不太好用，我们正点原子团队对usbd_conf_template.c、usbd_desc_template.c和usbd_msc_storage_template.c这三个模板文件进行了修改并且重新命名，所以移植过程中直接复制我们例程中的代码。我们这里只是提下这些文件的来源，感兴趣的可以自己尝试重写，最后USB_APP文件夹下的文件如图68.3.2.2所示：

图68.3.2.2 USB_APP代码

之后，根据ST官方MSC例程，在我们本章例程的基础上新建分组添加相关代码，具体细节请参考例程，这里就不详细介绍了，添加好之后，如图68.3.2.3所示：

图68.3.2.3 添加USB驱动等相关代码

1. USB驱动代码

这里我们只讲解核心代码，详细的源码请大家参考光盘本实验对应源码。接下来我们看看USB_APP里面的几个.c文件：

usbd_conf.c提供了USB设备库（从机库，下同）的回调及MSP初始化函数，当USB状态机处理完不同事务的时候，会调用这些回调函数，我们通过这些回调函数，就可以知道USB当前状态，比如：是否枚举成功了？是否连接上了？是否断开了？等，根据这些状态，用户应用程序可以执行不同操作，完成特定功能。我们重点介绍3个函数，首先是HAL_PCD_MspInit和OTG_HS_IRQHandler函数，它们的定义如下：

/**
 * @brief   OTG HS中断服务函数
 * @param   无
 * @retval  无
 */
void OTG_HS_IRQHandler(void)
{
    HAL_PCD_IRQHandler(&g_pcd_handle);
}
 
/**
 * @brief   HAL库PCD初始化MSP函数
 * @param   hpcd: PCD句柄指针
 * @retval  无
 */
void HAL_PCD_MspInit(PCD_HandleTypeDef *hpcd)
{
    RCC_PeriphCLKInitTypeDef rcc_periph_clk_init_struct = {0};
    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct = {0};
    
    if (hpcd->Instance == USB_OTG_HS)
    {
        /* 使能USB HS电压调节器 */
        HAL_PWREx_EnableUSBHSregulator();
        
        /* 配置时钟 */
        rcc_periph_clk_init_struct.PeriphClockSelection=RCC_PERIPHCLK_USBPHYC;
        rcc_periph_clk_init_struct.UsbPhycClockSelection = 
RCC_USBPHYCCLKSOURCE_PLL3Q;
        HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&rcc_periph_clk_init_struct);
 
        /* 使能USB电源监测器 */
        HAL_PWREx_EnableUSBVoltageDetector();
        
        /* 使能时钟 */
        __HAL_RCC_USB_OTG_HS_CLK_ENABLE();
        __HAL_RCC_USBPHYC_CLK_ENABLE();
        __HAL_RCC_GPIOM_CLK_ENABLE();
        
        /* 初始化DM、DP引脚 */
        gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_6;
        gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
        gpio_init_struct.Pull = GPIO_NOPULL;
        gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
        gpio_init_struct.Alternate = GPIO_AF10_OTG_HS;
        HAL_GPIO_Init(GPIOM, &gpio_init_struct);
        
        /* 配置中断 */
        HAL_NVIC_SetPriority(OTG_HS_IRQn, 0, 0);
        HAL_NVIC_EnableIRQ(OTG_HS_IRQn);
    }
}

HAL_PCD_MspInit函数，用于使能USB时钟，初始化IO口，设置中断等。该函数在HAL_PCD_Init函数里面被调用。

OTG_HS_IRQHandler函数，是USB的中断服务函数，通过调用HAL_PCD_IRQHandler函数，实现对USB各种事务的处理。

下面介绍的USBD底层初始化函数，其定义如下：

/**
  * @brief  Initializes the Low Level portion of the Device driver.
  * @param  pdev: Device handle
  * @retval USBD Status
  */
USBD_StatusTypeDef USBD_LL_Init(USBD_HandleTypeDef *pdev)
{
    HAL_StatusTypeDef hal_status = HAL_OK;
    USBD_StatusTypeDef usb_status = USBD_OK;
    
    if (pdev->id == DEVICE_HS)
    {
        /* PCD初始化 */
        g_pcd_handle.pData = pdev;
        pdev->pData = &g_pcd_handle;
        g_pcd_handle.Instance = USB_OTG_HS;
        g_pcd_handle.Init.dev_endpoints = 9;
        g_pcd_handle.Init.speed = PCD_SPEED_HIGH;
        g_pcd_handle.Init.phy_itface = USB_OTG_HS_EMBEDDED_PHY;
        g_pcd_handle.Init.dma_enable = DISABLE;
        g_pcd_handle.Init.Sof_enable = DISABLE;
        g_pcd_handle.Init.low_power_enable = DISABLE;
        g_pcd_handle.Init.lpm_enable = DISABLE;
        g_pcd_handle.Init.use_dedicated_ep1 = DISABLE;
        g_pcd_handle.Init.vbus_sensing_enable = DISABLE;
        hal_status = HAL_PCD_Init(&g_pcd_handle);
        usb_status = USBD_Get_USB_Status(hal_status);
        if (usb_status != USBD_OK)
        {
            return usb_status;
        }
        
        /* 配置接收、发送FiFo */
        HAL_PCDEx_SetRxFiFo(&g_pcd_handle, 0x200);
        HAL_PCDEx_SetTxFiFo(&g_pcd_handle, 0, 0x40);
        HAL_PCDEx_SetTxFiFo(&g_pcd_handle, 1, 0x80);
    }
    
    return USBD_OK;
}

USBD_LL_Init函数，用于初始化USB底层设置，因为我们定义的是：USE_USB_HS，因此会设置USB OTG使用USB_OTG_HS，然后完成各种设置，比如，使用内部PHY，使用全速模式，不使能VBUS检测等，详见以上代码。该函数在USBD_Init函数里面被调用。

usbd_desc.c提供了USB设备类的描述符，直接决定了USB设备的类型、端点、接口、字符串、制造商等重要信息。这个里面的内容，我们一般不用修改，直接用官方的即可。注意，这里：usbd_desc.c里面的：usbd即device类，同样：usbh即host类，所以通过文件名我们就可以很容易区分该文件是用在device还是host，而只有usb字样的那就是device和host可以共用的。

usbd_msc_storage.c提供一些磁盘操作函数，包括支持的磁盘个数，以及每个磁盘的初始化和读写等函数。本章我们设置了3个磁盘：NOR FLASH卡、SD NAND和SD卡。usbd_msc_storage.c我们重点介绍3个函数，首先是初始化存储设备函数，其定义如下：

/**
 * @brief   磁盘初始化
 * @param   lun: 磁盘编号
 * @retval  初始化结果
 * @arg     0: 成功
 * @arg     -1: 失败
 */
int8_t STORAGE_Init(uint8_t lun)
{
    uint8_t res = 0;
    
    switch (lun)
    {
        case LUN_NOR_FLASH:
        {
//            res = norflash_ex_init();
            break;
        }
        case LUN_SD_NAND:
        {
            res = sdnand_init();
            break;
        }
        case LUN_SD:
        {
            res = sd_init();
            break;
        }
    }
    
    if (res != 0)
    {
        return -1;
    }
    
    return 0;
}

STORAGE_Init函数，用于初始化存储设备，我们定义了三个存储设备：NOR FLASH、SD NAND和SD卡，因此需要根据输入参数（lun），执行不同存储设备的初始化。

下面要介绍的是从存储设备读取数据函数。其定义如下：

/**
 * @brief   从磁盘读取数据
 * @param   lun: 磁盘编号
 * @param   buf: 数据
 * @param   blk_addr: 块地址
 * @param   blk_len: 块数量
 * @retval  读取结果
 * @arg     0: 成功
 * @arg     -1: 失败
 */
int8_t STORAGE_Read(uint8_t lun, uint8_t *buf, uint32_t blk_addr, uint16_t blk_len)
{
    uint8_t res = 0;
    
    g_usb_msc_state |= (1 << 1);
    switch (lun)
    {
        case LUN_NOR_FLASH:
        {
            norflash_ex_read(NORFLASH_MSC_BASE + (blk_addr << 9), 
buf, blk_len << 9);
            break;
        }
        case LUN_SD_NAND:
        {
            res = sdnand_read_disk(buf, blk_addr, blk_len);
            break;
        }
        case LUN_SD:
        {
            res = sd_read_disk(buf, blk_addr, blk_len);
            break;
        }
    }
    
    if (res != 0)
    {
        g_usb_msc_state |= (1 << 3);
        return -1;
    }
    
    return 0;
}

STORAGE_Read函数，用于从存储设备读取数据，同样是根据存储设备（lun）的不同，调用不同的读取函数，完成数据读取。

下面要介绍的是向存储设备写数据函数。其定义如下：

/**
 * @brief   往磁盘写入数据
 * @param   lun: 磁盘编号
 * @param   buf: 数据
 * @param   blk_addr: 块地址
 * @param   blk_len: 块数量
 * @retval  写入结果
 * @arg     0: 成功
 * @arg     -1: 失败
 */
int8_t STORAGE_Write(uint8_t lun, uint8_t *buf, uint32_t blk_addr, uint16_t blk_len)
{
    uint8_t res = 0;
    
    g_usb_msc_state |= (1 << 0);
    switch (lun)
    {
        case LUN_NOR_FLASH:
        {
            norflash_ex_write(NORFLASH_MSC_BASE + (blk_addr << 9), buf,
blk_len << 9);
            break;
        }
        case LUN_SD_NAND:
        {
            res = sdnand_write_disk(buf, blk_addr, blk_len);
            break;
        }
        case LUN_SD:
        {
            res = sd_write_disk(buf, blk_addr, blk_len);
            break;
        }
    }
    
    if (res != 0)
    {
        g_usb_msc_state |= (1 << 2);
        return -1;
    }
    
    return 0;
}

STORAGE_Write函数，用于往存储设备写入数据，也是根据存储设备（lun）的不同，调用不同的写入函数，完成数据写入。

以上3个.c文件和对应.h文件的详细代码和修改方法，我们就不详细介绍了，请大家参考光盘本例程源码。

下面提几个重点地方讲解下：

1、通过修改usbd_conf.h里面的MSC_MEDIA_PACKET定义值大小，可以一定程度提高USB读写速度（越大越快），本例程我们设置32*1024U，也就是32KB大小。另外，我们通过修改：MSC_STORAGE_LUN_NBR宏定义的值为3U，可以支持3个磁盘，STM32H7R7开发板支持3个磁盘的。

2、修改usbd_msc_bot.c里面修改MSC_BOT_CBW_Decode函数，将hmsc->cbw.bLUN > 1U改为：hmsc->cbw.bLUN > MSC_STORAGE_LUN_NBR-1，以支持多个磁盘。

以上几点，就是我们移植的时候需要特别注意的，其他我们就不详细介绍了（USB相关源码解释，请参考：UM1734(STM32Cube USB device library).pdf这个文档）。

2. main.c代码

下面是main.c的程序，具体如下：

/* USBD句柄 */
USBD_HandleTypeDef g_usbd_handle = {0};
 
int main(void)
{
    uint8_t t = 0;
    uint8_t offline_cnt = 0;
    uint8_t usb_msc_sta;
    uint8_t conn_sta;
    
    sys_mpu_config();                   /* 配置MPU */
    sys_cache_enable();                 /* 使能Cache */
    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(300, 6, 2);    /* 配置时钟，600MHz */
    delay_init(600);                    /* 初始化延时 */
    usart_init(115200);                 /* 初始化串口 */
    led_init();                         /* 初始化LED */
    hyperram_init();                    /* 初始化HyperRAM */
    lcd_init();                         /* 初始化LCD */
    my_mem_init(SRAMIN);                /* 初始化AXI-SRAM1~4内存池 */
    my_mem_init(SRAMEX);                /* 初始化XSPI2 HyperRAM内存池 */
    my_mem_init(SRAM12);                /* 初始化AHB-SRAM1~2内存池 */
    my_mem_init(SRAMDTCM);              /* 初始化DTCM内存池 */
    my_mem_init(SRAMITCM);              /* 初始化ITCM内存池 */
    
    lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
    lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "USB Card Reader TEST", RED);
    lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
    
    if (norflash_ex_init() != 0)
    {
        lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "NOR Flash Error!", RED);
    }
    else
    {
        lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "NOR Flash Size: 24MB", RED);
    }
    
    if (sdnand_init() != 0)
    {
        lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "SD NAND Error!", RED);
    }
    else
    {
        lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "SD NAND Size:    MB", RED);
        lcd_show_num(142, 130, (uint32_t)(((uint64_t)
sdnand_info.logic_block_num * sdnand_info.logic_block_size) >> 20), 
3, 16, RED);
    }
    
    if (sd_init() != 0)
    {
        lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "SD Card Error!", RED);
    }
    else
    {
        lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "SD Card Size:      MB", RED);
        lcd_show_num(142, 150, (uint32_t)(((uint64_t)
g_sd_card_info_struct.LogBlockNbr * g_sd_card_info_struct.LogBlockSize) 
>> 20), 5, 16, RED);
    }
    
    USBD_Init(&g_usbd_handle, &MSC_Desc, DEVICE_HS);
    USBD_RegisterClass(&g_usbd_handle, USBD_MSC_CLASS);
    USBD_MSC_RegisterStorage(&g_usbd_handle, &USBD_MSC_fops);
    USBD_Start(&g_usbd_handle);
    
    while (1)
    {
        if (usb_msc_sta != g_usb_msc_state)
        {
            usb_msc_sta = g_usb_msc_state;
            
            lcd_fill(30, 170, 240, 170 + 16, WHITE);
            
            /* 正在写入磁盘 */
            if ((g_usb_msc_state & (1 << 0)) != 0)
            {
                LED1(0);
                lcd_show_string(30, 170, 200, 16, 16, "USB MSC Writing...", 
BLUE);
            }
            
            /* 正在读取磁盘 */
            if ((g_usb_msc_state & (1 << 1)) != 0)
            {
                LED1(0);
                lcd_show_string(30, 170, 200, 16, 16, "USB MSC Reading...", 
BLUE);
            }
            
            /* 磁盘写入错误 */
            if ((g_usb_msc_state & (1 << 2)) != 0)
            {
                lcd_show_string(30, 190, 200, 16, 16, "USB MSC Write Error", 
BLUE);
            }
            else
            {
                lcd_fill(30, 190, 240, 190 + 16, WHITE);
            }
            
            /* 磁盘读取错误 */
            if ((g_usb_msc_state & (1 << 3)) != 0)
            {
                lcd_show_string(30, 210, 200, 16, 16, "USB MSC Read Error", 
BLUE);
            }
            else
            {
                lcd_fill(30, 210, 240, 250 + 16, WHITE);
            }
        }
        
        if (conn_sta != g_usb_conn_state)
        {
            conn_sta = g_usb_conn_state;
            
            if (g_usb_conn_state != 0)
            {
                lcd_show_string(30, 190, 200, 16, 16, "USB Connected  ", RED);
            }
            else
            {
                lcd_show_string(30, 190, 200, 16, 16, "USB Disconnected ",RED);
            }
        }
        
        if (++t == 200)
        {
            t = 0;
            LED1(1);
            LED0_TOGGLE();
            
            /* USB断连检测 */
            if ((g_usb_msc_state & (1 << 4)) != 0)
            {
                offline_cnt = 0;
                g_usb_conn_state = 1;
            }
            else
            {
                if (++offline_cnt > 10)
                {
                    g_usb_conn_state = 0;
                }
            }
            
            g_usb_msc_state = 0;
        }
        
        delay_ms(1);
    }
}

其中，USBD_HandleTypeDef是一个用于处理USB设备类通信处理的结构体类型，它包含了USB设备类通信的各种变量、结构体参数、传输状态和端点信息等。凡是USB设备类通信，都必须要用定义一个这样的结构体，这里定义成：g_usbd_device。

使用ST官方提供的USB库以后，整个USB初始化就变得比较简单了：

1，调用USBD_Init函数，初始化USB从机内核；

2，调用USBD_RegisterClass函数，链接MSC设备类驱动程序到设备内核；

3，调用USBD_MSC_RegisterStorage函数，为MSC设备类驱动添加回调函数；

4，调用USBD_Start函数，启动USB通信；

经过以上四步处理，USB就启动了，所有USB事务，都是通过USB中断触发，并由USB驱动库自动处理。USB中断服务函数在usbd_conf.c里面：

/**
 * @brief       USB OTG 中断服务函数
 * @note        处理所有USB中断
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void OTG_HS_IRQHandler(void)
{
    HAL_PCD_IRQHandler(&g_pcd_handle);
}

该函数调用HAL_PCD_IRQHandler函数来处理各种USB中断请求。因此在main函数里面，我们的处理过程就非常简单。

68.4 下载验证

将程序下载到开发板后，在USB配置成功后（假设已经插入SD卡，注意：USB数据线，要插在USB_SLAVE口！而不是USB_UART端口！），如图68.4.1所示：

图68.4.1 USB连接成功显示界面

此时，电脑提示发现新硬件，并开始自动安装驱动。

USB配置成功后，LED1熄灭，LED0闪烁，在电脑上可以看到磁盘，如图68.4.3所示：

图68.4.3 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 大容量存储设备，同时看到磁盘驱动器里面多了三个磁盘，如图68.4.4所示：

图68.4.4 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NOR FLASH、SD卡和SD NAND里面的内容了。在执行读写操作的时候，就可以看到LED1亮，并且会在液晶上显示当前的读写状态。

注意，在对NOR 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NOR FLASH写爆！

ITPub博客

《STM32H7R7开发指南 V1.1 》第六十八章 USB读卡器(Slave)实验

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