做一个U盘的学习路线

最近想研究一个U盘，然后顺便熟悉一下USB协议。因为USB协议比较复杂， 常用的复杂外设除了WiFi，Ethernet，SDIO和USB这些就是USB了，学习USB的时候肯定要拿一个东西下手，所以简单了解之后准备了下列资料：

前期准备

1.《圈圈教你玩USB》。这本书比较经典，但是拿的芯片比较老了，在淘宝上搜索发现这本书配套的PDIUSBD12有现成的独立模块使用。因为手头上正好有一个STM32开发板，可以用来对接它。STM32之前用来对接红外线后来被闲置(参考这篇http://www.cnblogs.com/tanhangbo/p/4740702.html)， 这时候正好用上。

左边是淘宝买的模块，中间是圈圈的书本，右边是买书送的PCB，没有用上。

2.《USB开发大全》，《linux那些事儿》这两本书买了备用

3.USB一些相关资料包，和USB的系列spec，算作储备。前期已经了解了一些USB的基本架构，学习起来可以再回顾下。

4.USB的抓包软件，抓包硬件。抓包软件抓到的包可能会漏掉一些东西，而且会加上一些系统调用，使用会模糊不清。而抓包软件可以抓到真实的包，就像wifi的sniffer一样，一定要看到真实的包才有标准答案，不然学习起来会迷路。USB的抓包器相对于逻辑分析仪比较昂贵，购买USB1.1协议的即可。

5.准备好你的耐心，因为这里涉及多个协议，这是最重要的。

移植代码

因为选择了STM32作为主体而不是51单片机，所以代码难免需要移植一下，这是一个初期的障碍，但是评估起来问题不大。因为需要移植的是GPIO相关的东西，所以只要注意一些细节就可以了。移植过程中遇到的一个比较大的问题是，D12并口的GPIO不要给它拉高，否则通讯会出错。我之前使用的时候发现一直没有通（通过并口读取D12的硬件ID），后来加入了逻辑分析仪之后竟然可以了，于是想到GPIO的硬件问题，最后把上拉改成悬空就可以了。因为STM32的GPIO的API有点绕，所以要仔细对待。

移植到STM32的HAL代码：

/**
    Init GPIOA as input or Output
*/
void GPIOA_Init(int input)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA , ENABLE);
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    if (input == 1)
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;  //GPIO_Mode_IN_FLOATING 
    else
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;  //GPIO_Mode_Out_PP
    
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
}

void HAL_GPIO_Data_AS_Input()
{
    //GPIO_DeInit(GPIOA);
    GPIOA_Init(1);
}

void HAL_GPIO_Data_AS_Output()
{
    //GPIO_DeInit(GPIOA);
    GPIOA_Init(0);
}


u8 HAL_GPIO_Read_Data()
{
    return GPIO_ReadInputData(GPIOA) & 0xFF;
}

/**
    GPIOB_6 = RD        -- Output
    GPIOB_7 = WR        -- Output
    GPIOB_8 = INT   -- Input
    GPIOB_9 = A0        -- Output
*/
void GPIOB_Init()
{
    
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB , ENABLE);
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    
    /** Output */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    
    /** Input */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING ;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    
}

/**
    Write one byte to GPIOA0~GPIO7
*/
void HAL_GPIO_Write_Data(unsigned char byte)
{
#if 0
    GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, (byte & 0x01));
    GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_1, (byte & (0x01 << 1)));
    GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_2, (byte & (0x01 << 2)));
    GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_3, (byte & (0x01 << 3)));
    GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, (byte & (0x01 << 4)));
    GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, (byte & (0x01 << 5)));
    GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_6, (byte & (0x01 << 6)));
    GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_7, (byte & (0x01 << 7)));
#else
    uint16_t data = GPIO_ReadOutputData(GPIOA) & 0xFF00; //read high 8 byte
    GPIO_Write(GPIOA, (data|byte)); //write high&low byte
#endif
    
}


void HAL_GPIO_Write_RD(int val)
{
    GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_6, val);

}

void HAL_GPIO_Write_WR(int val)
{
    GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_7, val);

}

void HAL_GPIO_Write_A0(int val)
{
    GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_9, val);
}

int HAL_GPIO_Read_INT()
{
    return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_8);
}


void HAL_GPIO_Init()
{
    GPIOA_Init(0);
    GPIOB_Init();
}


/**
    PA0 ~ PA7 test PASS
*/
void GPIOA_Test()
{
    
    int i = 0;
    GPIOA_Init(0);
    while (1) {
        printf("Read = %08x
", GPIOB, HAL_GPIO_Read_Data());
        //GPIOA_Write_Byte(0x55);
        //delay_ms(1000);
        ///GPIOA_Write_Byte(0xaa);
        os_sleep(1);
    }
}

圈圈代码里面的中文太多了，出于强迫症给它整理格式、加入自定义的打印并且加上颜色。

使用的时候HID和USB-TTL的例子都没问题，后面的U盘里面就有一些问题了，这里有一些SCSI命令的响应是没有的，手动给它添加上去，试过ubuntu14.04和win10都没有通，经常卡在文件系统的Read（10）这里，猜测是速度上不去，后面更换STM32自带的USB试试看。目前成功的例子是linux2.6内核的板子成功给它挂载上去并且读取到里面的TXT文件。

对于U盘来说有包括SCSI指令和FAT文件系统层的东西，这些都需要去了解，巩固。

心得

1.USB协议本身主要是要实现一些基本的描述符，告诉主机自己是谁，有哪些参数（类似SDIO的CCCR/FBR/CIS），实际的数据传输流程是为上层协议做准备的。一开始可能对USB数据包本身比较感兴趣，后续更多的问题存在于应用协议。

2.对于U盘来说要在USB基础上了解SCSI和FAT文件系统协议协议格式，重头戏都是在这里的。

3.USB可玩性比较高，可以实现标准的HID或者自定义单各种设备。比如USB网卡和CH340这些模块都是自定义的vendor specific设备。

展望

目前还是有一些问题需要解决的

1.将圈圈的代码写死二进制的方式全部改掉（包括USB的标准请求/SCSI指令/FAT格式），换成结构体的表示，手头上有linux内核代码和ecos的代码，可以移植过来。光跑别人的代码可能理解不深，自己重写一遍才能深刻理解。

2.在STM32上跑通U盘的例子。目前STM32有了现成的U盘历程，可以先移植过来看看效果，如果效果不好就将D12的代码移植过来。

3.在windows和ubuntu上面调通U盘

4.STM32作为SDIO host，做一个USB读卡器。

5.总结整理文档，形成自己的USB代码库

6.准备好耐心一步步积累吧