22.1 USB概述

USB是英文Universal Serial BUS（通用串行總線）的縮寫，是一個外部總線標準，用于規范電腦與外部設備的連接和通訊。是應用在PC領域的接口技術。USB接口支持設備的即插即用和熱插拔功能。

是在1994年底由英特爾、康柏、IBM、Microsoft等多家公司聯合提出的。發展到現在已經有USB1.0/1.1/2.0/3.0/3.1等多個版本。目前用的最多的就是USB2.0和USB3.0，USB3.1目前已經開始普及。

STM32F103自帶的USB符合USB2.0規范。標準USB共四根線組成,除VCC和GND外，另外為D+，D-，這兩根數據線采用的是差分電壓的方式進行數據傳輸的。在USB主機上，D-和D+都是接了15K的電阻到低的，所以在沒有設備接入的時候，D+、D-均是低電平。

而在USB設備中，如果是高速設備，則會在D+上接一個1.5K的電阻到VCC，而如果是低速設備，則會在D-上接一個1.5K的電阻到VCC。這樣當設備接入主機的時候，主機就可以判斷是否有設備接入，并能判斷設備是高速設備還是低速設備。

STM32F1自帶一個USB從機控制器，符合USB規范通信，PC主機和微控制器之間的數據傳輸是通過共享一個專用的數據緩沖區來完成的，該數據緩沖區能被USB外設直接訪問，這塊專用數據緩沖區的大小由所使用的端點數目和每個端點最大的數據分組大小所決定，每個端點最大可使用512字節緩沖區，最多可用于16個單向或8個雙向端點。

USB模塊同PC主機通信，根據USB規范實現令牌分組的檢測，數據發送/接收的處理，和握手分組的處理。整個傳輸的格式由硬件完成，其中包括CRC的生成和校驗。

每個端點都有一個緩沖區描述塊，描述該端點使用的緩沖區地址、大小和需要傳輸的字節數。當USB模塊識別出一個有效的功能/端點的令牌分組時，(如果需要傳輸數據并且端點已配置）隨之發生相關的數據傳輸。

USB模塊通過一個內部的16位寄存器實現端口與專用緩沖區的數據交換。在所有的數據傳輸完成后，如果需要，則根據傳輸的方向，發送或接收適當的握手分組。在數據傳輸結束時，USB模塊將觸發與端點相關的中斷，通過讀狀態寄存器和/或者利用不同的中斷來處理。USB設備架構如圖所示。

USB的中斷映射單元：將可能產生中斷的USB事件映射到三個不同的NVIC請求線上：

（1）USB低優先級中斷（通道20）：可由所有USB事件觸發（正確傳輸，USB復位等）。在處理中斷前應首先確定中斷源。

（2）USB高優先級中斷（通道19）：僅由同步和雙緩沖批量傳輸的正確傳輸事件觸發，為保證最大的傳輸速率。

（3）USB喚醒中斷（通道42）：由USB掛起模式的喚醒事件觸發。

注：USB和CAN共用一個專用的512字節的SRAM存儲器用于數據的發送和接收，因此不能同時使用USB和CAN（共享的SRAM被USB和CAN模塊互斥地訪問）。USB和CAN可以同時用于一個應用中但不能在同一個時間使用。

22.2 實驗例程

如果需要正常的使用STM32F1系列的USB模塊，就需要編寫USB驅動程序，這部分程序非常復雜，需要了解整個USB通信的詳細過程，針對這個問題，ST公司提供了一個官方的USB驅動庫，用戶可以通過直接移植官方驅動庫來實現USB讀寫控制。

我們現在直接利用官方的USB驅動源碼來通過計算機進行SD卡和Flash的讀寫，這里我們需要對官方源碼進行一些修改，用于實現這個效果。

22.2.1 USB源碼概述

USB Mass Storage類支持兩個傳輸協議：

（1）Bulk-Only傳輸（BOT）

（2）Control/Bulk/Interrupt傳輸（CBI）

MassStorage類規范定義了兩個類規定的請求：Get_Max_LUN和MassStorageReset，所有的MassStorage類設備都必須支持這兩個請求。

（1）Get_Max_LUN（bmRequestType=10100001 bandb Request=11111110b）用來確認設備支持的邏輯單元數。MaxLUN的值必須是0~15。注意：LUN是從0開始的。主機不能向不存在的LUN發送CBW，本章我們定義MaxLUN的值為1，即代表2個邏輯單元。

（2）MassStorageReset（bmRequestType=00100001 bandb Request=11111111b）用來復位MassStorage設備及其相關接口。

支持BOT傳輸的MassStorage設備接口描述符要求如下：

（1）接口類代碼bInterfaceClass=08h，表示為MassStorage設備。

（2）接口類子代碼bInterfaceSubClass=06h，表示設備支持SCSIPrimaryCommand-2（SPC-2）。

（3）協議代碼bInterfaceProtocol有3種：0x00、0x01、0x50，前兩種需要使用中斷傳輸，最后一種僅使用批量傳輸（BOT）。

（4）支持BOT的設備必須支持最少3個endpoint：Control，Bulk-In和Bulk-Out。USB2.0的規范定義了控制端點0。Bulk-In端點用來從設備向主機傳送數據（本章用端點1實現）。Bulk-Out端點用來從主機向設備傳送數據（本章用端點2實現）。

ST官方的例程是通過USB來讀寫SD卡（SDIO方式）和Nand Falsh，支持2個邏輯單元，我們在官方例程的基礎上，只需要修改SD驅動部分代碼，并將對Nand Falsh的操作修改為對SPI Falsh的操作。只要這兩步完成了，剩下的就比較簡單了，對底層磁盤的讀寫，都是在mass_mal.c文件實現的，所以我們只需要修改該函數的MAL_Init、MAL_Write、MAL_Read和MAL_GetStatus等4個函數，與我們的SD卡和SPI Falsh對應起來即可。

22.2.2 源碼移植過程

（1）需要添加的文件如下表所示。