STM32Cube и USB. Mass Storage + SD Card.

Продолжаем микроцикл статей (в рамках цикла, посвященного работе с STM32Cube), в которых мы разбираемся как настраивать разные режимы работы USB в микроконтроллерах STM32 при помощи Cube 😉 И сегодня на очереди MSD (Mass Storage Device), а также работа с SD-картой памяти. То есть сегодня мы реализуем свой собственный кардридер на микроконтроллере STM32F10x.

Как я уже упомянул во вступлении к статье, сегодня я буду использовать микроконтроллер семейства STM32F10x, а карта памяти будет подключаться  по интерфейсу SDIO. Собственно, давайте перейдем в Cube и начнем все поэтапно настраивать =)

Первым делом задействуем внешний генератор тактовых импульсов, а также включаем USB и SDIO. Кроме того, выбираем нужный нам режим работы USB, а именно – Mass Storage Class:

Обратите внимание, что при включении какого-либо периферийного модуля STM32Cube автоматически отмечает и инициализирует нужные выводы микроконтроллера, вручную этого делать не надо.

Кроме того, у меня на плате используется так называемый USB_DISCONNECT_PIN – вывод, который отвечает за программное подключение/отключение USB. Эта обязанность возложена на PA10, поэтому я дополнительно проинициализировал эту ножку для работы в режиме выхода.

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:

Следующим на очереди будет окно дополнительной конфигурации выбранной периферии в STM32Cube, но там мы почти ничего не будем менять =) Изменим только предделитель частоты для тактирования модуля SDIO:

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 IAR (именно эту среду я использую) и переходим к редактированию исходного кода.

Первым делом я сбрасываю USB_DISCONNECT_PIN в нулевое состояние для активации подключения по USB:

/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_SDIO_SD_Init();
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_10, GPIO_PIN_RESET);
MX_USB_DEVICE_Init();

Как видите, Cube уже реализовал вызов функций инициализации интерфейсов USB и SDIO, но, вопреки ожиданиям, никакой связи этих интерфейсов в проекте нет, и ее нам нужно реализовать самим. 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 и именно их нам 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 реализовать для того, чтобы наше устройство заработало.

И первая на очереди – STORAGE_GetCapacity_FS(). В этой функции мы должны определить количество блоков памяти, а также размер одного блока. Начнем с размера блока и определим его следующим образом:

#define BLOCK_SIZE                       512

Для того, чтобы узнать полный размер карты памяти мы можем использовать функцию HAL_SD_Get_CardInfo(). Эта функция принимает на вход два аргумента, которые уже определены в файле main.c. Поскольку мы хотим их использовать в другом файле, то добавляем:

extern SD_HandleTypeDef hsd;
extern HAL_SD_CardInfoTypedef SDCardInfo;

Итак, с размером карты памяти мы разобрались, а как же нам узнать количество блоков? А все просто – делим общий размер на размер одного блока, и в итоге получаем следующую реализацию функции:

int8_t STORAGE_GetCapacity_FS (uint8_t lun, uint32_t *block_num, uint16_t *block_size)
{
  /* USER CODE BEGIN 3 */   
  HAL_SD_Get_CardInfo(&hsd, &SDCardInfo);
  *block_num  = SDCardInfo.CardCapacity / BLOCK_SIZE;
  *block_size = BLOCK_SIZE;
  return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 3 */ 
}

Теперь нам осталось создать самые важные функции, а именно функции чтения/записи – STORAGE_Read_FS() и STORAGE_Write_FS(). Здесь мы просто возьмем готовые функции для работы с SD картой и просто приведем аргументы к нужному нам виду:

/*******************************************************************************
* Function Name  : STORAGE_Read_FS
* Description    : 
* Input          : None.
* Output         : None.
* Return         : None.
*******************************************************************************/
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, (uint32_t*)buf, (uint64_t)(blk_addr * BLOCK_SIZE), BLOCK_SIZE, blk_len);
 
  return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 6 */ 
}
 
/*******************************************************************************
* Function Name  : STORAGE_Write_FS
* Description    :
* Input          : None.
* Output         : None.
* Return         : None.
*******************************************************************************/
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, (uint32_t*)buf, (uint64_t)(blk_addr * BLOCK_SIZE), BLOCK_SIZE, blk_len);
 
  return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 7 */ 
}

Вот, собственно, и все! 😉

Важное замечание!

В новых версиях HAL изменены функции для работы с SD картой, поэтому необходимо изменить и функции для работы с USB:

*******************************************************************************
* Function Name  : STORAGE_Read_FS
* Description    : 
* Input          : None.
* Output         : None.
* Return         : None.
*******************************************************************************/
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, (uint32_t) blk_len, 10);
 
  return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 6 */ 
}
 
/*******************************************************************************
* Function Name  : STORAGE_Write_FS
* Description    :
* Input          : None.
* Output         : None.
* Return         : None.
*******************************************************************************/
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, (uint32_t) blk_len, 10);
 
  return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 7 */ 
}

Здесь “10” – это величина таймаута для операций чтения/записи.

Собираем наш проект, программируем микроконтроллер, 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 решена и мы получили работающий кардридер =)

На сегодня на этом мы заканчиваем, в ближайшее время вновь вернемся к обсуждению разных режимов работы USB в STM32Cube, так что до скорого!