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"

/*!
    rief      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
    
etval     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;
}

/*!
    rief      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
    
etval     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

/*!
    rief      main function
    param[in]  none
    param[out] none
    
etval     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

/*!
    rief      configure USB clock
    param[in]  none
    param[out] none
    
etval     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

/*!
    rief      configure USB interrupt
    param[in]  none
    param[out] none
    
etval     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

/*!
    rief      this function handles USBD interrupt
    param[in]  none
    param[out] none
    
etval     none
*/
void  USBFS_IRQHandler (void)
{
    usbd_isr (&usbhs_core_dev);
}

　　USBFS唤醒中断函数

/*!
    rief      this function handles USBD wakeup interrupt request.
    param[in]  none
    param[out] none
    
etval     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

/*!
    rief      this function handles Timer0 updata interrupt request.
    param[in]  none
    param[out] none
    
etval     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