STM32CubeMX | STM32基于HAL实现USB模拟U盘
 
 


 
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STM32CubeMX | STM32基于HAL实现USB模拟U盘
（1）工程配置
（2）代码修改
  
 

 
环境说明：
 
win10
STM32F103C8T6
STM32CUBEMX6.1.1
 
本章博客涉及代码，关注以下公众号，回复关键字stm32-udisk获取下载链接！
 
 
 
（1）工程配置
 
时钟配置：
 
 
USB配置：
 
 
 
 
 

 这里注意，由于USB使用的内存申请方式是静态数组，所以这里我们不需要设置堆空间。
 
 
然后生成代码就可以了。
 
（2）代码修改
 
代码修改也是比较简单的，就光修改一个文件：usb_storage_if.c，这个文件是与硬件的操作函数接口，具体修改如下：
 
初始化函数：
 
 获取容量：
 
 状态和写保护：
 
 
读数据：
 
 这里要注意参数blk_addr和blk_len，blk_addr是传进来的块索引，所以块索引乘块大小才是真正的地址，blk_len是要读取的块个数，不要被名字所迷惑。
 
写数据：
 
 
至此就已经移植完成，下载程序到单片机，接入电脑后：
 
 
 
ends…

 
接线图
 
在本设备中，四输入模块是插在zigbee板上的，这里有两种方式来进行使用：
 
这里的zigbee板如果通过zigbee进行无线通信，可以通过和内置在网关中的协调器进行通信，从而在网关上进行无线数据获取。注意，此时这块zigbee板子需要刷写相应的传感器的hex文件。
 
如果不通过zigbee进行通信，那么直接通过其串口获取数据。黑色zigbee板子下面是由rs232串口。这个直接通过串口线连接在电脑串口或者平板串口进行串口编程。注意，此时这块zigbee板子需要刷写相应的四通道独立的hex文件。我们这里主要描述的是这种方式。
 
刷写hex文件
 
使用CC Debugger通过USB数据线与计算机相连，通过10线的排线与CC2530实验板的调试接口相连。在与CC2530实验板相连时，要注意要让排线的1脚对应实验板上调试接口的1脚，即排线上的三角箭头要与实验板上的白色三角箭头对齐。
 
运行桌面上已经安装好了的SmartRF Flash Programmer，选择System-on-Chip选项卡，对实验板供电，按下CC Debugger上面的复位按钮，此时可以看到SmartRF Flash Programmer的设备列表区先生当前连接的单片机的信息，如下图所示。
 
单击Flash Image的选择按钮…，选择要烧写的下位机程序文件，这里由于只使用其板子上的串口，所以烧写四通道独立采集模块中的hex文件(这个文件在D：\software\感知层套件资料\02驱动\02zigee烧写文件夹中)。
 
单击下方的Perform actions按钮，开始对CC2530进行编程，动作过程中会有执行进度条显示，完成如下图：
 
由于这里无需组网，所以不需要运行配置参数软件。
 
通过串口调试助手了解数据格式
 
zigbee上传传感器数据为：
 
HEAD + LEN + CMD0 + CMD1 + ADRL + ADRH + DTYPEL+ DTYPEH + DLEN + REV +[SDATA] + CHK
 
HEAD：数据头， 固定为 0xfe
 
LEN：数据包长度， ADRL 开始到 CHK 前一个字节的字节数
 
CMD0：命令类型， 固定为 0x46
 
CMD1：命令类型， 固定为 0x87
 
ADRL：传输信息源节点的短地址低 8 位
 
ADRH：传输信息源节点的短地址高 8 位
 
DTYPEL：数据类型低位， 固定为 0x02
 
DTYPEH：数据类型高位， 固定为 0x00
 
DLEN： [SDATA] 的长度
 
REV：保留，固定为 0x00
 
SDATA：传感器发送的数据包，多字节
 
CHK：校验码，从 LEN 开始到 CHK 前一个字节的所有字节依次按字节异或的值
 
其中SDATA构成具体为：INTEMP + INVOL + PARADRL+ PARADRH + [SENSORDATA]
 
INTEMP: 内部温度
 
INVOL：内部电压
 
PARADRL：父节点短地址低字节
 
PARADRH：父节点短地址高字节
 
SENSORDATA：传感数据，多字节，允许没有，具体如下：
 
SENSORDATA传感数据的格式：LGTYPE+ SORL + SORH+ STYPE + SORDATA
 
LGTYPE: 逻辑类型，01---路由; 02---全功能节点；03---终端节点；
 
SORL: 传感器编号低位
 
SORH: 传感器编号高位
 
STYPE：传感器类型，具体见下表
 
SORDATA：传感数值，多字节, 具体见下表
 
从上面的分析可以看出，四输入模拟量通过串口，上传上来的数据的第18个字节为STYPE，应该是0x30，之后的第19、20字节应该是接线图中In1中的光照值，第21、22字节是接线图中的IN2中的温度值，第23、24字节是接线图中的In3中的湿度值。当然这些两字节的值还需要通过表格后面的相应公式转换为电流值，然后通过相应的量程转换为对应的实际值。
 
注意：通过串口调试助手观察这些数据时，需要选择波特率为38400
 
Android上的编程
 
方法一：使用厂商提供的类库
 
和以前的4150一样，加载libs，里面有相应的so文件和jar文件，配置androidstuido中的相关内容：
 
android{
 
……
 
sourceSets {
 
main {
 
jniLibs.srcDirs = ['libs']
 
}
 
}
 
}
 
编程中可以参考pdf中的jar文档。
 
这里可以给出一部分代码：
 
// 打开ZigBee串口和线程
 
public void openZigBee() {
 
int com = -1;
 
//打开串口 com代表设备com口，mode为接入模式 0为串口接入 1=usb接入，baudRate=波特率(波

通常数据采集卡，只能测量电压，无法直接测量电流，下面就Labjack系列数据采集卡测量电流的简宜方法分享给读者。
 Labjack 是多功能数据采集卡，其主要型号如下：
 
 
处理4-20mA信号的最好方法是用LjTiCK电流分流器，这是一个双通道有源电流-电压转换器模块，插入到Labjack采集模块的螺钉端子中,见下图。
 
 
4-20mA信号分流电阻器
 下图显示了测量通过负载的电流的典型方法，或者测量由2线（环路供电）电流环路传感器产生的4-20mA信号。图中所示的电流分路器只是一个电阻。
 
 图1。任意负载或2线4-20mA传感器的电流测量
 当测量4-20mA信号时，分流器的典型值为240Ω。这导致对应于4-20mA的0.96至4.80伏信号。外部电源必须为传感器和分路提供足够的电压，因此如果传感器需要5伏，电源必须提供至少9.8伏。
 下图显示了3线4-20毫安传感器的典型连接。分流器的典型值是240Ω，这导致0.96到4.80伏（使用120Ω来产生0.48到2.40伏）。
 
 图2。3线4-20毫安（源）传感器的电流测量
 图2所示的传感器是电源型，其中信号源是4-20mA电流，然后通过并联电阻器发送并沉入地面。另一种罕见的3线传感器是下沉型，其中4-20mA电流源自正电源，通过并联电阻器发送，然后下沉到信号线中。如果传感器接地连接到LabJack GND，则由于并联电阻器两端的电压是差分的（两侧都不接地），并且电阻器的至少一侧具有高共模电压（等于正传感器电源），因此下沉型传感器存在两个问题。如果传感器是隔离的，一种可能的解决方案是将传感器信号或正传感器电源连接到LabJack GND（而不是传感器接地）。这需要对系统中的接地和隔离有很好的理解。LJTick CurrentShunt通常是一个更好的解决方案。
 这两个图都显示了一个与SGND串联的0-100Ω电阻器，这在外部电源信号应用说明中通常讨论。在这种情况下，如果使用SGND（而不是GND），则直接连接（0Ω）应该是好的。
 其他电流分流电阻器
 
一个简单的并联电阻器通常可以用来测量较小的电流，但是对于较大的电流，最好的选择通常是下面讨论的霍尔效应传感器。
 分流器是基于最大电流选择的，以及在分流器上可以承受多少电压降。例如，如果最大电流是1.0安培，并且2.5伏的跌落是在不影响负载的情况下能够容忍的最大跌落，则可以使用2.4Ω的电阻。这相当于2.4瓦，但这将需要一个特殊的高瓦特电阻。一个更好的解决办法是使用一个低电阻分流，并购买一个拉贝克模型，可以解决较小的信号（U6，T7）。如果要测量的最大电流太高(例如100安培)，将很难找到足够小的电阻器，应该考虑霍尔效应传感器而不是分流器。
 如果测量小的电流，只能容忍最小的电压降，可能需要放大器来放大来自分流器的信号。
 在大多数情况下，低侧分流（接地的分流器的底侧）是优选的。如果使用高边分流器，必须考虑公共电压，并且需要差分测量。连接方法在www.pc17.com.cn

      想要实现的功能是，USB模拟串口收发数据。串口助手发送数据至MCU，MCU接收后返回给串口助手。
 
      当初是想用标准库做这个功能的。但是因为后来了解到STM32CubeMX这个软件，在尝试之后实在是感觉，太方便了。所以，并没有使用标准库，而是直接用STM32CubeMX生成HAL库的代码用了。
 
（1）先点New Project，然后输入自己的MCU型号
 
 
（2）配置引脚与外设
 
这里我用的是ST-LINK进行DeBug，Tim5提供系统延时节拍，PE5与PB5点亮LED。而SysTick，用在FreeRtos提供系统节拍。
 
 
 
（3）时钟树配置
 
 
（4）配置外设
 
这个页面可以对外设进行功能的设置，比如GPIO的输出类型或者引脚初始电平。在这里主要设置FreeRTOS，创建2个初始任务。其他的比如USB，默认就可以使用了。
 
 
（5）Poject Settings
 
这里注意两个地方，我使用的是MDK。所以IDE选项选择的是MDK-ARM V5。CodeGenerator选项卡下，将Generated files下的第一个选项打上勾，这样就会启用模块化编程，不同的外设封装不同的.c   .h文件。至于Project Name跟Project Location，
 
自行设置便可。
 
 
 
然后，点击STM32CubeMX主界面的Project，Generate Code。就能在我们指定的文件夹内直接生成工程文件。生成之后软件提示你打开项目，点击打开后，工程内分组如图：
 
 
 
 
因为使用了RTOS，所以编程主要围绕两个文件，“usbd_cdc_if.c”以及“freertos.c”
 
“usbd_cdc_if.h”添加一个USB管理结构体的定义，并将“usbd_cdc_if.c”中两个定义移到“usbd_cdc_if.h”
 
/* USER CODE BEGIN PRIVATE_DEFINES */
/* Define size for the receive and transmit buffer over CDC */
/* It's up to user to redefine and/or remove those define */
#define APP_RX_DATA_SIZE  1000
#define APP_TX_DATA_SIZE  1000
	 
typedef struct  
{  
   uint8_t   OutFlag;
   uint8_t   EFlag[2];
   uint8_t   SFlag;  
   uint16_t  ReLen; 	
}USB_Dev; 	 
	 
/* USER CODE END PRIVATE_DEFINES */
/* USER CODE BEGIN INCLUDE */
 
“usbd_cdc_if.c”声明USB管理结构体变量并赋值，且修改“CDC_Receive_FS”函数。
 
/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
USB_Dev  USB_S =
{
	0,
	{0x0D,0x0A},
	0,
	0,
};
 
static int8_t CDC_Receive_FS(uint8_t* Buf, uint32_t *Len)
{
	HAL_GPIO_TogglePin(GPIOE,GPIO_PIN_5); //开启接收指示灯
	
	//将已接收数据长度赋值给USB_S.ReLen
        USB_S.ReLen += *Len;
	
	//判断是否有结束标志以及接收数据长度是否达到UserRxBufferFS长度上限
        if( USB_S.ReLen<APP_RX_DATA_SIZE && \
            UserRxBufferFS[USB_S.ReLen-2] != USB_S.EFlag[0] && \
	        UserRxBufferFS[USB_S.ReLen-1] != USB_S.EFlag[1]
	      ) 
		{
		  //设置下一次接收数据的位置
	        USBD_CDC_SetRxBuffer(&hUsbDeviceFS, UserRxBufferFS + USB_S.ReLen);
	        USBD_CDC_ReceivePacket(&hUsbDeviceFS);   //准备接收数据
		}
		else  //长度达到，或者检测到标志位,触发数据输出
		{
		  USB_S.OutFlag = 1;
		}
		
        return (USBD_OK);
}
 
 
 
 
 
 
 
“freertos.c”中，添加头文件“usbd_cdc_if.h”并在对应的任务中添加对应功能:
 
/* LED_Toggle function */
void LED_Toggle(void const * argument)
{

  for(;;)
  {
     HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB,GPIO_PIN_5);
     osDelay(500);
  }

}

extern USB_Dev  USB_S;
extern USBD_HandleTypeDef hUsbDeviceFS;
extern uint8_t UserRxBufferFS[APP_RX_DATA_SIZE];
/* USB_SendMess function */
void USB_SendMess(void const * argument)
{
   uint16_t timeout = 0xffff;
   uint8_t temp;
	
    for(;;)
   {
	 timeout = 0xffff;
		
	 if(USB_S.OutFlag)
	 {
	    temp = !(USB_S.ReLen%64);  //判断长度是否为64整数倍
	    while( CDC_Transmit_FS(UserRxBufferFS, USB_S.ReLen - temp) != USBD_OK && timeout--);
			 
          if(temp)  //当发送数据为64整数倍时，无法发送成功，故分成2次发送
	    {
	       while( CDC_Transmit_FS(UserRxBufferFS + USB_S.ReLen -1, temp) != USBD_OK && timeout--);
	    }
				
	    USB_S.ReLen = 0;
	    USBD_CDC_SetRxBuffer(&hUsbDeviceFS, UserRxBufferFS);
            USBD_CDC_ReceivePacket(&hUsbDeviceFS);
            USB_S.OutFlag = 0;	
            HAL_GPIO_WritePin(GPIOE, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET); //接收指示灯关闭				
	 }
    osDelay(1);
  }
}
 
 
 
启动文件：需将堆的容量调大，因为USB缓存使用的是堆空间。我将它调为4K：
 
Heap_Size      EQU     0x1000
 
 
 
至此，代码创建并修改完毕。
 
 
 
下载代码到板子，下载完毕后关闭重上电，然后打开串口助手对应的串口。波特率之类全都不需设置。
 
发送一篇长文章，MCU接收后返回给串口助手
 
现象如图：
 
 
 
 
 
 
 
 
写在最后
 
（1）MCU端接收数据问题。
 
        USB传输一次最多64字节。所以，如果想一次传输大量数据给MCU。需制定协议。如图的串口助手，在发送完毕数据之后，会补上2字节结束标志：0x0D，0x0A。MCU端可根据结束标志判断数据是否接收完毕。需注意的是，不同的串口助手协议不一定相同。有的是根据数据包长度判断是否接收完毕。
 
         
 
（2）连续输出的问题。
 
        1、需要轮询发送函数返回值是否是“USBD_OK”
 
        2、输出字符串，如果不去掉字符串最后的结束符。某些上位机软件，只能显示1次发送的数据，第二次
 
             发送的数据不能正常显示。（本博客使用的串口助手就是如此。。。。）  ，但使用过另外一款串口
 
             助手，并未发现此情况。    
 
        3、轮询返回值有可能导致程序卡死，因为主机若是没有接收MCU发送的数据，MCU会一直轮询
 
             直到主机接收完数据为止，解决办法是加个timeout--到while里面，到时间跳出循环。
 
（3）WINDOWS下不能识别的串口有黄色感叹号。
 
        这个有可能是堆设置不够大。我在F4下遇到了这问题，将堆空间“Heap_Size      EQU     0x200”
 
        设置为“Heap_Size      EQU     0x1000”，黄色感叹号消失
 
  (4)通讯速度问题
 
       参考“http://bbs.21ic.com/icview-811704-1-1.html”，附件中有测试速度的软件。
 
              串口助手当通讯速度40KB/S左右，接收不到数据。当然，如果是连续发送'0'，串口助手上窗口不
 
       显示字符，是可以接收到数据的，但当速度超过500KB/S，依旧不能接收数据。所以，网上很多反映
 
       VCP速度只有几十KB/S的，估计是上位机软件问题。
 
              使用附件中的软件，可以成功测出速度。STM32CubeMX生成的程序，经测试发送到主机的速度可以
 
       达到1000KB/S以上。
 
      
 
（5）“CDC_Receive_FS”函数的解析
 
      这个函数的作用是两个，一是设置下一次接收数据的Buff，二是处理接收端点。
 
      这个函数是在MCU接收完数据之后才调用的，而不是进入这个函数才开始接收数据。比方MCU接收到64byte的数据，
 
      接收完成后进入这个函数，设置下一次接收数据的Buff。然后调用“USBD_CDC_ReceivePacket”处理接收端点。
 
      如果不调用“USBD_CDC_ReceivePacket”，是无法进行下一次的接收的，但发送是可以的。
 
（6）CDC_Transmit_FS 发送64整数倍字节数的数据出错
 
      当我调用“CDC_Transmit_FS”发送64字节的数据时，串口助手并不能接收到数据。
 
      网上有帖子解释了这种情况：http://bbs.21ic.com/icview-159300-1-1.html
 
 
 
      总的来说，USB的bulk协议以发送小于64字节或者是字长为0的数据包作为结束动作。
 
      发送64字节的包的时候，只需要末尾再发送个字长为0的包即可。