STM32 и USB. Реализация USB Mass Storage Device.

Продолжаем микро-цикл статей (в рамках макро-цикла, посвященного работе с STM32CubeMx), в которых мы разбираемся как настраивать разные режимы работы USB в микроконтроллерах STM32 при помощи CubeMx. И сегодня на очереди MSD (USB Mass Storage Device), а также работа с SD-картой памяти. То есть по сути реализуем свой собственный кардридер на контроллере STM32F10x. При этом карта памяти будет подключаться по интерфейсу SDIO.

Собственно, давайте перейдем в STMCubeMx и начнем все поэтапно настраивать. Первым делом задействуем внешний генератор тактовых импульсов:

Следующий шаг - активация интерфейса SDIO в 4-х битном режиме (именно так подключена карта памяти на моей плате). Заодно зададим предделитель для SDIO:

Предварительный этап конфигурации финишируем настройкой USB. Снова сначала включаем, затем выбираем нужный режим:

При включении какого-либо периферийного модуля CubeMx автоматически отмечает и инициализирует нужные выводы микроконтроллера, вручную этого делать не надо.

Итак, с этим все понятно, все настроено, давайте перейдем к настройкам тактирования. В очередной раз напоминаю, что этому была посвящена отдельная статья (ссылка), поэтому сейчас мы останавливаться на этом моменте не будем ) Здесь стоит обратить внимание только на один момент, а именно на тактирование USB. Так вот, на модуль USB должны обязательно приходить 48 МГц, иначе работать данная периферия не будет:

На этом, в принципе, и все, переходим к генерации исходного кода, а также файлов проекта. После окончания этой процедуры получаем полностью готовый и настроенный проект, но на этом наша работа не заканчивается, как и всегда, в проект надо будет внести изменения. Так что открываем IDE и переходим к редактированию.

CubeMx уже реализовал вызов функций инициализации USB и SDIO, но, вопреки ожиданиям, никакой связи этих интерфейсов в проекте нет, и ее нужно добавить. Для этого переходим в файл usbd_storage_if.c и находим там ряд функций:

STORAGE_Init_FS,
STORAGE_GetCapacity_FS,
STORAGE_IsReady_FS,
STORAGE_IsWriteProtected_FS,
STORAGE_Read_FS,
STORAGE_Write_FS,
STORAGE_GetMaxLun_FS,
(int8_t *)STORAGE_Inquirydata_FS

Сейчас эти функции пустые, собственно, их и надо отредактировать в соответствии с тем типом памяти, которую мы будем использовать. В нашем случае это внешняя SD-карта памяти. Не будем заниматься всеми перечисленными функциями, ограничимся только теми, которые обязательно надо изменить для того, чтобы устройство заработало.

И первая на очереди - STORAGE_GetCapacity_FS(). В этой функции мы должны определить количество блоков памяти, а также размер одного блока. По умолчанию эти данные установлены так:

#define STORAGE_BLK_NBR                  0x10000
#define STORAGE_BLK_SIZ                  0x200

int8_t STORAGE_GetCapacity_FS(uint8_t lun, uint32_t *block_num, uint16_t *block_size)
{
  /* USER CODE BEGIN 3 */
  *block_num  = STORAGE_BLK_NBR;
  *block_size = STORAGE_BLK_SIZ;
  return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 3 */
}

То есть, в принципе, можно задать значения и руками через STORAGE_BLK_NBR и STORAGE_BLK_SIZ. Но мы пойдем по концептуально другому пути. Для того, чтобы узнать параметры использующейся SD-карты, мы можем использовать функцию HAL_SD_GetCardInfo(). Она принимает на вход два аргумента, и все в тот же файл usbd_storage_if.c добавляем:

/* USER CODE BEGIN PRIVATE_VARIABLES */
HAL_SD_CardInfoTypeDef cardInfo; // <--- Добавлено

/* USER CODE END PRIVATE_VARIABLES */

/**
  * @}
  */

/** @defgroup USBD_STORAGE_Exported_Variables
  * @brief Public variables.
  * @{
  */

extern USBD_HandleTypeDef hUsbDeviceFS;

/* USER CODE BEGIN EXPORTED_VARIABLES */
extern SD_HandleTypeDef hsd; // <--- Добавлено

/* USER CODE END EXPORTED_VARIABLES */

В итоге получаем такую реализацию функции STORAGE_GetCapacity_FS():

int8_t STORAGE_GetCapacity_FS(uint8_t lun, uint32_t *block_num, uint16_t *block_size)
{
  /* USER CODE BEGIN 3 */
  HAL_SD_GetCardInfo(&hsd, &cardInfo);
  *block_num  = cardInfo.BlockNbr;
  *block_size = cardInfo.BlockSize;
  return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 3 */
}

Осталось осуществить работу с самыми важными функциями, отвечающими за чтение и запись данных - STORAGE_Read_FS() и STORAGE_Write_FS(). Используем соответствующие функции для взаимодействия с SD-картой:

• HAL_SD_ReadBlocks()
• HAL_SD_WriteBlocks()

/**
  * @brief  .
  * @param  lun: .
  * @retval USBD_OK if all operations are OK else USBD_FAIL
  */
int8_t STORAGE_Read_FS(uint8_t lun, uint8_t *buf, uint32_t blk_addr, uint16_t blk_len)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  HAL_SD_ReadBlocks(&hsd, buf, blk_addr, blk_len, 10);
  return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 6 */
}

/**
  * @brief  .
  * @param  lun: .
  * @retval USBD_OK if all operations are OK else USBD_FAIL
  */
int8_t STORAGE_Write_FS(uint8_t lun, uint8_t *buf, uint32_t blk_addr, uint16_t blk_len)
{
  /* USER CODE BEGIN 7 */
  HAL_SD_WriteBlocks(&hsd, buf, blk_addr, blk_len, 10);
  return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 7 */
}

Вот, собственно, и все, здесь "10" - это величина таймаута для операций чтения/записи.

Собираем наш проект, прошиваем контроллер, подключаем плату к ПК и видим, что в системе у нас появилось запоминающее устройство, а также определился внешний накопитель, соответствующий используемой карте памяти. Таким образом, наша задача на сегодня решена 👍