stm32cubeMX学习十八、SD卡虚拟U盘实验

本程序编写基于秉火霸道STM32F103ZET6运行环境。

跑这个实验之前吃了一些亏，让我一一道来！

1、软件写好了，却发现插入USB线连接到电脑后USB居然没有枚举

解决方法：

野火的这款开发板上做了一个USB上电使能IO，也就是说，当PD3为低电平时，USB才能正常工作，如果不去使能这个管脚的话，USB自然就不工作了。

2、HAL库读写SD卡API版本问题

解决方法:

我用的是1.8.0的HAL库，这个库和老版本的HAL库在API上有重大的变更，接口的参数也不一样，含义也有区别。

老版本HAL库读写SD卡的接口

我们来看下HAL库旧版本的读写API：

/**
  * @brief  Reads block(s) from a specified address in a card. The Data transfer 
  *         is managed by polling mode.  
  * @param  hsd: SD handle
  * @param  pReadBuffer: pointer to the buffer that will contain the received data
  * @param  ReadAddr: Address from where data is to be read  
  * @param  BlockSize: SD card Data block size (in bytes)
  *          This parameter should be 512
  * @param  NumberOfBlocks: Number of SD blocks to read   
  * @retval SD Card error state
  */
HAL_SD_ErrorTypedef HAL_SD_ReadBlocks(SD_HandleTypeDef *hsd, uint32_t *pReadBuffer, uint64_t ReadAddr, uint32_t BlockSize, uint32_t NumberOfBlocks)

我们看到，这里的BlockSize是以字节为单位进行读的，最小应当是512，因为SD卡一个块的大小是512，所以，NumberOfBlocks表示块数，读一块，那么就是BlockSize512，读N块，那么就是BlockSize512*N。

再来看看老版本HAL库的写SD卡接口

/**
  * @brief  Allows to write block(s) to a specified address in a card. The Data
  *         transfer is managed by polling mode.  
  * @param  hsd: SD handle
  * @param  pWriteBuffer: pointer to the buffer that will contain the data to transmit
  * @param  WriteAddr: Address from where data is to be written 
  * @param  BlockSize: SD card Data block size (in bytes)
  *          This parameter should be 512.
  * @param  NumberOfBlocks: Number of SD blocks to write 
  * @retval SD Card error state
  */
HAL_SD_ErrorTypedef HAL_SD_WriteBlocks(SD_HandleTypeDef *hsd, uint32_t *pWriteBuffer, uint64_t WriteAddr, uint32_t BlockSize, uint32_t NumberOfBlocks)

写也是一样的，这里的BlockSize是以字节为单位进行读的，最小应当是512，因为SD卡一个块的大小是512，所以，NumberOfBlocks表示块数，写一块，那么就是BlockSize512，写N块，那么就是BlockSize512*N。

新版本HAL库读写SD卡的接口

然而在最新的HAL库上，是不用乘以512的，我们来看一下1.8.0版本HAL库关于这两个函数的描述：

/**
  * @brief  Reads block(s) from a specified address in a card. The Data transfer
  *         is managed by polling mode.
  * @note   This API should be followed by a check on the card state through
  *         HAL_SD_GetCardState().
  * @param  hsd: Pointer to SD handle
  * @param  pData: pointer to the buffer that will contain the received data
  * @param  BlockAdd: Block Address from where data is to be read
  * @param  NumberOfBlocks: Number of SD blocks to read
  * @param  Timeout: Specify timeout value
  * @retval HAL status
  */
HAL_StatusTypeDef HAL_SD_ReadBlocks(SD_HandleTypeDef *hsd, uint8_t *pData, uint32_t BlockAdd, uint32_t NumberOfBlocks, uint32_t Timeout)

我们来看下读SD卡的接口，这里传入的BlockAdd，也就是块的起始地址，NumberOfBlocks表示的是多少块，所以本来就是以块为单位进行读的，所以也就不用去乘512。

/**
  * @brief  Allows to write block(s) to a specified address in a card. The Data
  *         transfer is managed by polling mode.
  * @note   This API should be followed by a check on the card state through
  *         HAL_SD_GetCardState().
  * @param  hsd: Pointer to SD handle
  * @param  pData: pointer to the buffer that will contain the data to transmit
  * @param  BlockAdd: Block Address where data will be written
  * @param  NumberOfBlocks: Number of SD blocks to write
  * @param  Timeout: Specify timeout value
  * @retval HAL status
  */
HAL_StatusTypeDef HAL_SD_WriteBlocks(SD_HandleTypeDef *hsd, uint8_t *pData, uint32_t BlockAdd, uint32_t NumberOfBlocks, uint32_t Timeout)

写SD卡的接口也是一样的，这里传入的BlockAdd，也就是块的起始地址，NumberOfBlocks表示的是多少块，所以本来就是以块为单位进行写的，所以也就不用去乘512。

所以，在实现USB大容量存储设备接口的时候，我应该这么来实现：

/**
  * @brief  .
  * @param  lun: .
  * @retval USBD_OK if all operations are OK else USBD_FAIL
  */
int8_t STORAGE_Read_FS(uint8_t lun, uint8_t *buf, uint32_t blk_addr, uint16_t blk_len)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
    if(HAL_OK != HAL_SD_ReadBlocks(&hsd,(uint8_t *)buf, blk_addr , blk_len, 1000))
         return USBD_FAIL ;
    return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 6 */
}

/**
  * @brief  .
  * @param  lun: .
  * @retval USBD_OK if all operations are OK else USBD_FAIL
  */
int8_t STORAGE_Write_FS(uint8_t lun, uint8_t *buf, uint32_t blk_addr, uint16_t blk_len)
{
  /* USER CODE BEGIN 7 */
    if(HAL_OK != HAL_SD_WriteBlocks(&hsd, (uint8_t *)buf, blk_addr , blk_len, 1000))
        return USBD_FAIL ;
    return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 7 */
}

好，这两个问题解决了，一下来看看这么做的。

一、USB使能管脚配置

PD3管脚，默认输出电平为低电平，也就是D+管脚为使能状态，USB供上了电。
PB1是我拿来做调试的灯。

二、RCC时钟

这里要切记一点，因为这里我们用到了USB，USB的时钟要配置为48MHz，具体看手册。
而SDIO是时钟是HCLK的二分频。

三、调试接口

这里选择串行调试。

四、SDIO配置

这里，我们配置模式为4位宽总线的SD卡模式，时钟分频因子之前在步骤二中我们已经知道了,SDIO的时钟频率是HCLK的二分频，所以SDIOCLK clock divide factor这个选项我们设置为2。

开启SDIO全局中断。

五、USB配置

这里将USB设备配置为大容量存储，其余默认即可。

六、生成并添加代码逻辑

这里我们把栈的大小稍微调大一点，以便我们后期在代码里进行测试。
在usbd_storage_if.c中实现如下接口：

STORAGE_GetCapacity_FS      获取U盘容量信息
STORAGE_IsReady_FS          获取U盘状态
STORAGE_Read_FS             读U盘
STORAGE_Write_FS            写U盘

通过接口获取有多少块以及块的大小。

/**
  * @brief  .
  * @param  lun: .
  * @param  block_num: .
  * @param  block_size: .
  * @retval USBD_OK if all operations are OK else USBD_FAIL
  */
int8_t STORAGE_GetCapacity_FS(uint8_t lun, uint32_t *block_num, uint16_t *block_size)
{
  /* USER CODE BEGIN 3 */
    *block_num  = hsd.SdCard.BlockNbr ;
    *block_size = hsd.SdCard.BlockSize ;
    return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 3 */
}

判断SD卡的状态是否已经准备好了，状态的描述如下：

typedef enum
{
  HAL_SD_STATE_RESET                  = ((uint32_t)0x00000000U),  /*!< SD not yet initialized or disabled  */
  HAL_SD_STATE_READY                  = ((uint32_t)0x00000001U),  /*!< SD initialized and ready for use    */
  HAL_SD_STATE_TIMEOUT                = ((uint32_t)0x00000002U),  /*!< SD Timeout state                    */
  HAL_SD_STATE_BUSY                   = ((uint32_t)0x00000003U),  /*!< SD process ongoing                  */
  HAL_SD_STATE_PROGRAMMING            = ((uint32_t)0x00000004U),  /*!< SD Programming State                */
  HAL_SD_STATE_RECEIVING              = ((uint32_t)0x00000005U),  /*!< SD Receiving State                  */
  HAL_SD_STATE_TRANSFER               = ((uint32_t)0x00000006U),  /*!< SD Transfert State                  */
  HAL_SD_STATE_ERROR                  = ((uint32_t)0x0000000FU)   /*!< SD is in error state                */
}HAL_SD_StateTypeDef;

/**
  * @brief  .
  * @param  lun: .
  * @retval USBD_OK if all operations are OK else USBD_FAIL
  */
int8_t STORAGE_IsReady_FS(uint8_t lun)
{
  /* USER CODE BEGIN 4 */
    uint8_t state = 0;
    state = HAL_SD_GetState(&hsd) ;
    if(HAL_SD_STATE_READY != state)
        return USBD_FAIL ;
    return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 4 */
}

实现USB读写SD卡

/**
  * @brief  .
  * @param  lun: .
  * @retval USBD_OK if all operations are OK else USBD_FAIL
  */
int8_t STORAGE_Read_FS(uint8_t lun, uint8_t *buf, uint32_t blk_addr, uint16_t blk_len)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
    if(HAL_OK != HAL_SD_ReadBlocks(&hsd,(uint8_t *)buf, blk_addr , blk_len, 1000))
         return USBD_FAIL ;
    return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 6 */
}

/**
  * @brief  .
  * @param  lun: .
  * @retval USBD_OK if all operations are OK else USBD_FAIL
  */
int8_t STORAGE_Write_FS(uint8_t lun, uint8_t *buf, uint32_t blk_addr, uint16_t blk_len)
{
  /* USER CODE BEGIN 7 */
    if(HAL_OK != HAL_SD_WriteBlocks(&hsd, (uint8_t *)buf, blk_addr , blk_len, 1000))
        return USBD_FAIL ;
    return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 7 */
}

在主函数的while循环里添加调试闪烁灯。

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */
  /* USER CODE END 1 */
  

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_SDIO_SD_Init();
  MX_USART2_UART_Init();
  MX_USB_DEVICE_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

  /* USER CODE END 2 */
 
 

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
    while (1)
    {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
        //LED调试灯以500ms的频率进行翻转
        HAL_GPIO_TogglePin(LED0_GPIO_Port,LED0_Pin);	
         HAL_Delay(1000);
    }

  /* USER CODE END 3 */
}

七、运行结果

将USB线插入USB DEVICE的接口，并连接到PC端的USB口，在PC端弹出可移动磁盘，实验成功。


我用的是4GB的内存卡，PC端显示3.68GB，为什么呢？度娘一下：
金士顿4G SD卡只有3.68G？
你电脑的算法是1024MB=1GB
U盘厂家的算法是1000MB=1GB
还要加上法律允许的产品误差，一般厂家会取最小值，不会多给你空间的。
为什么是4G的手机内存卡在手机里显示只有3.68G?
硬件厂商为了计算方便采用的是十进制，也就是满1000字节算1K，满1000K算1M，以此类推。
软件设计上由于计算机采用的是二进制所以是满1024字节即2的10次方算1K，1024K算1M。
所以你的卡越大差距就会越大，这点在电脑硬盘上感觉会更明显一些。