干货分享 | 基于SPI Flash的U盘程序，从STM32F103到ACM32F403

发布时间:2021-12-23

前言

本项目是以SPI Flash（如W25Q128等）存储元件作为存储单元，MCU主控完成USB接口通信并根据SCSI协议实现U盘功能。其结构如下图所示：

SPI Flash部分移植

SPI功能部分相对简单，ACM32F403的接口引脚和STM32F103的相同，可直接对接，按照ACM32F403的说明对SPI接口进行初始化，并对底层读写函数进行更改即可。

USB部分移植

1. STM32F103代码结构

在ST的芯片上，USB的数据是由两个中断，USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler和USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler来进行，其中高优先级中断（USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler）用于处理同步(Isochronous)模式传输或双缓冲块(Bulk)传输模式下的正确传输事件，而低优先级中断（USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler）用于处理其他传输时间。ST的USB数据处理如下图所示：

由于USBFS协议的限制，一包数据中最多可携带64字节数据，因此，当存在大量数据需要进行传输（IN或OUT包）时，需要分批次进行传输。在ST的代码中，通过变量“Bot_State”来进行控制，以Read10指令为例，其读数据流程可如下图所示：

需要注意的是，Read10指令解析完成之后（即上图左侧流程图）则进入数据传输阶段，此阶段是通过多次进入USB高优先级中断中，调用Read_Memory()；来实现的。Read_Memory()；函数内每次传输64字节数据。

2. ACM32F403代码移植要点

本文基于上海航芯官方USB例程进行移植，移植后的程序结构如下图所示：

ACM32F403的USB是采用一个中断来进行数据处理。在官方例程中，USB的中断函数内判定接收数据类型，包括suspend，resume，reset，EP0_pack以及其他端点的接收数据。判定结束后，会调用USB_Monitor();函数来处理suspend，resume，reset以及EP0_pack数据。而其他端点数据会在usb_transfer_monitor();函数中进行解析，该函数由客户调用，一般在主函数的死循环中进行处理。在本文的移植中，主要需对USB的端点数据进行处理。

A. EP0_Pack

EP0接收的setup数据会被存放在SETIP_0_3_DATA和SETIP_4_7_DATA寄存器中 ，数据结构如下所示：

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;  

该部分解析，可由用户在函数void usb_control_transfer(void)中添加需要的处理函数。该函数由航芯官方例程里提供。在做U Disk程序移植时，需添加GetMaxLun和Storage_Reset处理函数，如下图所示：

B. EP1_Pack

在本文所述的代码中，ACM32F403采用EP1完成数据的收发工作。主要是完成对SCSI协议的解析工作。移植过程中，需要文件mass_mal.c、memory.c、scsi_data.c、usb_scsi.c、usb_bot.c及其头文件。本段主要就上述文件中代码需要改动的地方进行说明，部分参数需要重新定义，读者可自行解决。下表列出了ST和Aisino的USB收发功能函数，该部分移植时需要修改的主要部分：

a. void Mass_Storage_In (void)

在ST的工程代码中该部分主要用于处理SCSI的读指令。由于全速USB一包数据最大支持64字节，因此，当需要传输的数据个数大于该数值时，则需要分包传输。在使用ACM32F403时，可直接传送需要的数据长度，内部会进行分包处理，因此，该函数可省略。

b. void Mass_Storage_Out (void)

该函数用于处理SCSI指令解析以及发送指令，需在usb_transfer_monitor()中调用，并将函数内部的接收数据部分更改为：

“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)

将USB发送函数更改为ACM32F403对应的发送函数。在ST的工程中，该函数用于传输完数据后，进入BOT_DATA_IN_LAST状态，并在下一次的Mass_Storage_In()函数调用时，回复CSW指令。而本文的移植代码中，省略了Mass_Storage_In()函数，因此，可在该函数的尾部增加CSW发送指令：

Set_CSW (CSW_CMD_PASSED, SEND_CSW_ENABLE);

d.void Set_CSW (uint8_t CSW_Status, uint8_t Send_Permission)

将USB发送函数更改为ACM32F403对应的发送函数。

e.void Bot_Abort(uint8_t Direction)

该函数主要对收发端点的STALL状态进行处理，在ACM32F403的收发库函数中，对端点的STALL已做出相应控制，因此，该函数可省略。

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

Read_Memory函数用于收到PC端的IN包请求后将存储器中的数据读取并发送至PC端。而ACM32F403的USB发送库函数中，自行进行分包操作(一包最大数据为64字节)，因此在数据缓冲区容量允许条件下，可直接发送完毕，该函数修改如下：

{

  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)

写数据指令完成后，将Bot_State 值更改为 BOT_IDLE。ST的工程代码中，变量“Bot_State”收发状态机的状态值，其值如下表所示：

而基于ACM32F403的U Disk工程，IN包可由函数HAL_FSUSB_Send_Data（）在其内部进行分包处理，不需要额外逻辑，因此，移植后Bot_State仅需要在BOT_IDLE、BOT_DATA_OUT、BOT_ERROR之间转换，其他对Bot_State的控制可省略。

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