STM32使用HAL库配置USB虚拟串口VPC（CDC）与U盘MSC功能，集成Flash文件系统配置指南

芯片：STM32F407ZGT6

工具：STM32cubemx，keil

1、USB虚拟串口VPC（CDC）

USB，即为通用串行总线，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。是应用在PC领域的接口技术。

标准 USB 共四根线组成，除 VCC/GND 外,另外为 D+（DP），D-（DM）；这两根数据线采用的是差分电压的方式进行数据传输的。在 USB 主机上， D-和 D+都是接了 15K 的电阻到GND，所以在没有设备接入的时候， D+、 D-均是低电平。而在 USB 设备中，如果是高速设备，则会在D+上接一个 1.5K 的上拉电阻到 VCC，而如果是低速设备，则会在 D-上接一个 1.5K 的上拉电阻到 VCC。即主机就可以判断是否有设备接入，并能判断设备是高速设备还是低速设备。

STM32内置的USB，均可支持USB 2.0标准，可以支持三种传输速率：

1. 高速模式：最高可达480 Mbps  （部分型号支持，且需搭配外部芯片，不常用 )
2. 全速模式：最高可达12 Mbps      (最常用）
3. 低速模式：最高可达1.5 Mbps  

USB虚拟串口，简称VPC，Virtual Port Com 的简写。但更习惯于把虚拟串口叫作: CDC，因为它是利用 USB 的 CDC类 实现的一种通信接口（可以实现类似串口USART一样得到功能）

2、CUBEMX配置

前面的的基础配置（RCC，SYS）略过

2.1、USB_OTG_FS配置

USB外设配置

参数使用默认的的就行

2.2、USB时钟配置

框出来的是USB的时钟频率

2.3、生成代码并修改

上面配置后，直接生成代码，打开工程文件

这个头文件是配置后自己生成的（不用担心哈）

这个文件中国有关于接收和发送的函数

发送函数：

uint8_t  CDC_Transmit_FS ( uint8_t* Buf,  uint16_t Len );

       函数接受两个参数：数据缓冲区的地址、字节数。

       如果USB设备正忙，它会返回USBD_BUSY状态。

       这个函数的作用是设置传输数据的缓冲区，并标记数据包为待发送。数据并非立刻发出，而是被存储在USB外设的缓冲区中，等待主机轮询请求传输。

接收函数：

当USB CDC接收到来自USB主机的数据时，触发中断进入中断函数，继而自动调用接收回调函数（如下）:

uint8_t  CDC_Receieve_FS ( uint8_t* Buf,  uint16_t Len );

注意事项：

每当接收到一包数据，硬件自动触发中断函数， 继而调用此接收回调函数，无需人工调用。
与发送机制相似，每间隔1ms，最多接收1包数据，每包最大64字节。。
如果需要接收超过64字节的数据帧，注意，指上位机发送的1个完整数据帧，而非USB的单包数据，如，上位机发来一张图片数据，8350个字节，则需要在此回调函数中添加额外的代码来判断帧数据传输完整结束 、手动将多个数据包拼接成完整的数据帧。
接收到数据时，缓存不会提前自动清零，新数据从Buf的起始位置开始，覆盖存放。
由于该回调函数是被中断函数调用的，因此建议函数内部的处理尽可能地简短，以避免影响系统的实时性（中断函数运行期间，会令程序持续挂起）。

到此关于USB_OTG_FS的基础配置已经完成，关于更多玩法参考如下文章杠STM32 — USB虚拟串口通信_stm32 usb-CSDN博客

3、 USB 系列之大容量设备(MSC)

使用STM32的大容量设备进行文件传输，通过STM32的USB大容量设备将电脑中的文件放到外部FALSH中，然后在程序运行时通过FATFS文件系统读取数据访问文件。

USB_OTG_FS配置

外设配置

时钟配置

参考其他文章建议将下面得到数值改大

4、代码修改和适配

使用的外部Flash（NORFlash）需要配置spi来实现外部flash和mcu通信（这部分的配置较为简单，参考文件较多故省略）。

需要flash的读写代码（一般使用 flash会有他的官方驱动程序）—-在主文件中不要忘记初始化

下面两个函数是USB大容量存储类（MSC）驱动的核心回调函数（函数usbd_storage_if.c），负责将USB协议层接收到的SCSI读写命令（如 READ10、WRITE10）转换为对物理存储介质的操作。

例如，当你在电脑上复制文件到U盘时，Windows/Linux会通过USB发送SCSI命令，最终由这两个函数执行实际的数据读写。

int8_t STORAGE_Read_FS(uint8_t lun, uint8_t *buf, uint32_t blk_addr, uint16_t blk_len)

参考示例：

int8_t STORAGE_Read_FS(uint8_t lun, uint8_t *buf, uint32_t blk_addr, uint16_t blk_len)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
	int8_t res = 0;
    g_usb_state_reg |= 0X02;    /* 标记正在读数据 */

    switch (lun)
    {
        case 0: /* SPI FLASH */
            norflash_read(buf, USB_STORAGE_FLASH_BASE + blk_addr * 512, blk_len * 512);
            break;
    }

    if (res)
    {
        printf("rerr:%d,%d", lun, res);
        g_usb_state_reg |= 0X08;    /* 读错误! */
    }

    return res;
  /* USER CODE END 6 */
}

norflash_read：flash的写入函数

int8_t STORAGE_Write (uint8_t lun, uint8_t *buf, uint32_t blk_addr, uint16_t blk_len)

参考示例：

int8_t STORAGE_Write_FS(uint8_t lun, uint8_t *buf, uint32_t blk_addr, uint16_t blk_len)
{
  /* USER CODE BEGIN 7 */
    int8_t res = 0;
    g_usb_state_reg |= 0X01;    /* 标记正在写数据 */

    switch (lun)
    {
        case 0: /* SPI FLASH */
            norflash_write(buf, USB_STORAGE_FLASH_BASE + blk_addr * 512, blk_len * 512);
            break;
    }

    if (res)
    {
        g_usb_state_reg |= 0X04;    /* 写错误! */
        printf("werr:%d,%d", lun, res);
    }

    return res;
  /* USER CODE END 7 */
}

norflash_write：flash的写入函数

依赖底层存储驱动（如 norflash_read/norflash_write）实现具体介质的读写（norflash_read/norflash_write一般在flash的驱动文件中实现，厂家会给出来的，不同的flash芯片的驱动文件不同）

3.1、USB连接判断

主要处理函数在usbd_conf.c文件中

当USB主机（如电脑）检测到总线空闲（无数据传输）超时，会向USB设备发送挂起信号
void HAL_PCD_SuspendCallback(PCD_HandleTypeDef *hpcd)
判断USB已经连接上
void HAL_PCD_ConnectCallback(PCD_HandleTypeDef *hpcd)
判断USB没有连接
void HAL_PCD_DisconnectCallback(PCD_HandleTypeDef *hpcd)
/* 能执行到该函数,说明USB连接成功了 */
USBD_StatusTypeDef USBD_LL_SetUSBAddress(USBD_HandleTypeDef *pdev, uint8_t dev_addr)

在这些回调函数中使用标志位，后续方便再主函数中得到USB的状态

参考大佬文章如下：

STM32 — USB虚拟串口通信_stm32 usb-CSDN博客

STM32 USB 系列之大容量设备(MSC) 基于HAL库_stm32 msc+fatfs-CSDN博客

【STM32】HAL库USB虚拟U盘MSC配置及采用自带的Flash作为文件系统_stm32 usb 虚拟u盘-CSDN博客

作者：小咖大_