GD32F30x_使用外部FLASH模拟U盘
一、工具
1、硬件：GD32F30x系列单片机
2、编译环境：KEIL
3、Flash芯片：GD25Q256DF
4、一根能够单片机连接电脑的USB数据线
二、需求分析
类似于我们平常使用的U盘，当单片机与电脑通过USB数据线进行连接的时候，电脑能够识别出单片机通过外部Flash模拟出的U盘，在电脑上能够对该U盘进行文件的相互拷贝，并且重新上电后数据不丢失。通过对USB的了解，USB分设备（Device）模式和主机（Host）模式，使用单片机模拟U盘是让USB工作在设备（Device）模式下。
三、查看当前使用单片支持的USB功能
目前市面上出现的32位的基于ARM架构的单片机基本都具有USB功能，根据单片机性能的不同对USB功能的支持也有所不同，下面来看一下我当前使用的这款单片机具备USB的哪些功能。
通过查阅单片机的用户手册，发现数据手册上有两种介绍，如下图所示：
用户手册上介绍USBD只适用于GD32F303系列芯片，如下图所示，而我用的芯片是GD32F305系列的，所以这一部分的内容不看。
USBFS的介绍中包含GD32F305，包含我当前使用的芯片型号，下面我们阅览这一块对USB的介绍内容。
概述中基本已经说明了当前我使用芯片USB的所具有的功能，当然我本次需要的USB设备（Device）功能当然也包含在内，如下图所示：
该芯片USBFS的结构图，如下图所示：
以及信号线描述，如下图所示：
（其实我也不太懂USB的协议，用户手册上的大多介绍看的也是一脸懵逼，因为只是用，对很多细节的地方并没有去深究，也望读者不要计较太多。）
三、USB驱动库移植
1、在官方提供的固件库中找到USB驱动文件，全部拷贝到自己的工程中。
2、在官方的固件库例程中找到USBFS->USB_Device->MSC例程，打开该文件夹将inc和src中关于usb的文件全部拷贝到自己工程中，具体内容如下图所示：
inc文件夹打开所示：
src文件夹打开所示
我这里拷贝到了自己工程中的usb文件夹中，同时在该文件夹中创建一个usbd_norflash_access.c文件和usbd_norflash_access.h文件为后面添加外部FLASH驱动程序使用，如下图所示：
3、打开自己的工程结构，添加上面拷贝的文件，添加完成的结果如下图所示：
4、指定添加的头文件路径，同时添加USBFS的宏定义USE_USBFS，如下图所示：
由于官方给的例程使用的方式是单片机的内部SRAM模拟U盘，做完以上后可以尝试编译一下，错误应该会很少。当然也直接可以把官方提供的例程直接下载到自己单片机上，先观察一下效果。
四、将外部Flash的读写驱动程序添加到USB驱动中
从这里开始我们才算是添加自己的东西，前面的工作只是对官方库的移植（外部Flash的读写函数我在另一篇文章中有介绍，有兴趣的可以去查看，链接：https://www.cnblogs.com/wenhao-Web/p/14052266.html）。
1、打开usbd_norflash_access.h和usbd_norflash_access.c文件，进行如下修改：
usbd_norflash_access.c文件中的内容
#include "./usb/usb_conf.h" #include "./usb/usbd_norflash_access.h" #include "./gd25qxx/gd25q256.h" /*! \brief read data from multiple blocks of internal NORFLASH \param[in] pbuf: pointer to user buffer \param[in] read_addr: address to be read \param[in] block_size: size of block \param[in] block_num: number of block \param[out] none \retval operation status */ uint32_t norflash_multi_blocks_read (uint8_t *pbuf, uint32_t read_addr, uint16_t block_size, uint32_t block_num) { gd25q256df_read_data(pbuf, read_addr, block_num*block_size); return 0; } /*! \brief write data from multiple blocks of internal NORFLASH \param[in] pbuf: pointer to user buffer \param[in] write_addr: address to be write \param[in] block_size: size of block \param[in] block_num: number of block \param[out] none \retval operation status */ uint32_t norflash_multi_blocks_write (uint8_t *pbuf, uint32_t write_addr, uint16_t block_size, uint32_t block_num) { gd25q256df_write_data(pbuf, write_addr, block_num*block_size); return 0; }
usbd_norflash_access.h文件中的内容
#ifndef USBD_NORFLASH_ACCESS_H #define USBD_NORFLASH_ACCESS_H #include "gd32f30x.h" #define NORFLASH_BLOCK_SIZE 512 /* 固定每个块大小为512 */ #define NORFLASH_BLOCK_NUM 65536 /* (1024*1024*32/512) 使用32Mbyte */ /* function declarations */ /* read data from multiple blocks of internal NORFLASH */ uint32_t norflash_multi_blocks_read (uint8_t *pbuf, uint32_t read_addr, uint16_t block_size, uint32_t block_num); /* write data from multiple blocks of internal NORFLASH */ uint32_t norflash_multi_blocks_write (uint8_t *pbuf, uint32_t write_addr, uint16_t block_size, uint32_t block_num); #endif /* USBD_NORFLASH_ACCESS_H */
上面两个文件的内容很简单，就是读和写，和官方提供的SRAM实现的写法基本一样。
2、接着是对usbd_bbb_scsi.c文件中的内容进行修改
修改的内容主要是把官方提供的SRAM的内容替换成NORFLASH的内容即可。
/* USB mass storage format capacities data */ uint8_t format_capacities_data[FORMAT_CAPACITIES_DATA_LENGTH] = { 0x00, 0x00, 0x00, /* reserved */ 0x08, /* capacity list length */ (uint8_t)((NORFLASH_BLOCK_NUM - 1) >> 24), /* number of blocks (MSB) */ (uint8_t)((NORFLASH_BLOCK_NUM - 1) >> 16), /* number of blocks (MSB) */ (uint8_t)((NORFLASH_BLOCK_NUM - 1) >> 8), /* number of blocks (MSB) */ (uint8_t)(NORFLASH_BLOCK_NUM - 1), /* number of blocks (MSB) */ 0x02, /* bit0 - bit1:descriptor code */ (uint8_t)((NORFLASH_BLOCK_SIZE) >> 16), /* block length (MSB) */ (uint8_t)((NORFLASH_BLOCK_SIZE) >> 8), /* block length (MSB) */ (uint8_t)(NORFLASH_BLOCK_SIZE) /* block length (MSB) */ }; /* USB mass storage read capacities data */ uint8_t read_capacities_data[READ_CAPACITIES_DATA_LENGTH] = { (uint8_t)((NORFLASH_BLOCK_NUM - 1) >> 24), /* last logical block address (MSB) */ (uint8_t)((NORFLASH_BLOCK_NUM - 1) >> 16), /* last logical block address (MSB) */ (uint8_t)((NORFLASH_BLOCK_NUM - 1) >> 8), /* last logical block address (MSB) */ (uint8_t)(NORFLASH_BLOCK_NUM - 1), /* last logical block address (MSB) */ (uint8_t)((NORFLASH_BLOCK_SIZE) >> 24), /* block length in bytes (MSB) */ (uint8_t)((NORFLASH_BLOCK_SIZE) >> 16), /* block length in bytes (MSB) */ (uint8_t)((NORFLASH_BLOCK_SIZE) >> 8), /* block length in bytes (MSB) */ (uint8_t)(NORFLASH_BLOCK_SIZE) /* block length in bytes (MSB) */ };
读的修改部分：
写的修改部分：
3、USB启动部分程序，其实就是把官方的那一套内容全部拷贝到自己工程中。
相关变量的定义和初始化
usb_core_handle_struct usbhs_core_dev = { .dev = { .dev_desc = (uint8_t *)&device_descripter, .config_desc = (uint8_t *)&configuration_descriptor, .strings = usbd_strings, .class_init = msc_init, .class_deinit = msc_deinit, .class_req_handler = msc_req_handler, .class_data_handler = msc_data_handler }, .udelay = delay_us, .mdelay = delay_ms }; void usb_clock_config(void); void usb_gpio_config(void); void usb_interrupt_config(void); uint8_t timer_prescaler = 0; uint32_t usbfs_prescaler = 0;
主函数中的内容
/*! \brief main function \param[in] none \param[out] none \retval none */ int main(void) { /* configure 4 bits pre-emption priority */ nvic_priority_group_set(NVIC_PRIGROUP_PRE4_SUB0); bsp_spi1_init(); gd25q256df_init(); flash_id = gd25q256df_read_id(); if(flash_id == 0xC84019) { /* configure USB clock */ usb_clock_config(); /* USB timer configure */ timer_nvic_init(); /* USB device stack configure */ usbd_init(&usbhs_core_dev, USB_FS_CORE_ID); /* USB interrupt configure */ usb_interrupt_config(); /* check if USB device is enumerated successfully */ while (usbhs_core_dev.dev.status != USB_STATUS_CONFIGURED) {} } while(1); }
USB时钟配置
/*! \brief configure USB clock \param[in] none \param[out] none \retval none */ void usb_clock_config(void) { uint32_t system_clock = rcu_clock_freq_get(CK_SYS); if (system_clock == 48000000) { usbfs_prescaler = RCU_CKUSB_CKPLL_DIV1; timer_prescaler = 3; } else if (system_clock == 72000000) { usbfs_prescaler = RCU_CKUSB_CKPLL_DIV1_5; timer_prescaler = 5; } else if (system_clock == 120000000) { usbfs_prescaler = RCU_CKUSB_CKPLL_DIV2_5; timer_prescaler = 9; } else { /* reserved */ } rcu_usb_clock_config(usbfs_prescaler); rcu_periph_clock_enable(RCU_USBFS); }
USB驱动所使用到的中断配置
/*! \brief configure USB interrupt \param[in] none \param[out] none \retval none */ void usb_interrupt_config(void) { nvic_irq_enable((uint8_t)USBFS_IRQn, 4U, 0U); /* enable the power module clock */ rcu_periph_clock_enable(RCU_PMU); /* USB wakeup EXTI line configuration */ exti_interrupt_flag_clear(EXTI_18); exti_init(EXTI_18, EXTI_INTERRUPT, EXTI_TRIG_RISING); exti_interrupt_enable(EXTI_18); nvic_irq_enable((uint8_t)USBFS_WKUP_IRQn, 1U, 0U); }
USBFS中断函数
/*! \brief this function handles USBD interrupt \param[in] none \param[out] none \retval none */ void USBFS_IRQHandler (void) { usbd_isr (&usbhs_core_dev); }
USBFS唤醒中断函数
/*! \brief this function handles USBD wakeup interrupt request. \param[in] none \param[out] none \retval none */ void USBFS_WKUP_IRQHandler(void) { if (usbhs_core_dev.cfg.low_power) { SystemInit(); rcu_usb_clock_config(usbfs_prescaler); rcu_periph_clock_enable(RCU_USBFS); usb_clock_ungate(&usbhs_core_dev); } exti_interrupt_flag_clear(EXTI_18); }
定时器中断函数
/*! \brief this function handles Timer0 updata interrupt request. \param[in] none \param[out] none \retval none */ void TIMER0_UP_TIMER9_IRQHandler(void) { timer_delay_irq(); }
至此编译一下，没有问题，单片机与电脑连接正常就会在电脑上显示一个U盘，如果是第一次使用还需格式化。试试向该U盘中创建、拷贝文件是否正常，最好是用一个与该U盘大小差不多的文件测试。
如下图所示，是我连接电脑模拟出的U盘效果（在使用的过程中发现一个问题，就是拷贝大文件传输速度不连续，不知道是为什么，希望有知道的给与指导）：
#endif
