STM32 上使用 USB Host 读写 U 盘

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2023-12-01

摘要

本文描述了如何在搭载了 RT-Thread 操作系统的平台上使用 USB Host 读写 U 盘，包括 USB Host 的应用、配置等。并给出了在正点原子 STM32F767 apollo 开发板上验证的演示。

简介

USB(Universal Serial Bus)是一种支持热插拔的通用串行总线。它使用差分信号来传输数据，在 USB 1.0和 USB 1.1 版本中，只支持 1.5Mb/s 的低速（low-speed）模式和 12Mb/s 的全速（full-speed）模式，在 USB 2.0 中，又加入了480Mb/s 的高速模式，USB 3.0(super speed)，传输速率最大5Gbps。

在 USB 体系中又包括 USB Host(主机)和USB Device(设备)

USB Host
- 任何USB系统中只有一个主机。主机系统的USB接口被称为主机控制器。主机控制器可以以硬件，固件或软件的组合来实现。根集线器集成在主机系统内以提供一个或多个连接点。
USB Device USB Device 可以分为 USB Hub 和 USB Function。
USB Hub 提供了一种低成本、低复杂度的 USB接口扩展方法。Hub 的上行端口面向 HOST，下行端口面向设备(Hub 或功能设备)。在下行端口上，Hub 提供了设备连接检测和设备移除检测的能力，并给各下行端口供电。Hub 可以单独使能各下行端口。不同端口可以工作在不同的速度等级(高速/全速/低速)。
USB Function 能够通过总线传输或接收数据或控制信息的设备，在 USB2.0 标准中，别称为 Class

本文主要是基于正点原子 stm32f767-atk-apollo 开发板，给出了 USB Host 读写 U 盘的配置和使用示例。

本文准备资料如下：

依赖

RT-Thread 4.0.2+
RT-Thread 设备驱动框架

硬件连接准备

本文是基于 U 盘的读写，所以需要准备好一个 U 盘，并插入开发板上的 U 盘接口。

ENV 配置

打开 USB Host

RT-Thread 可以很方便的通过 ENV 来配置和生成工程。在 rt-thread\bsp\stm32\stm32f767-atk-apollo 目录下打开 ENV 工具，使用 menuconfig 进入如下配置界面并选中。

---- Hardware Drivers Config
    ----On-Chip Peripheral Drivers
        ----Enable USH Host
            ----Enable Udisk Drivers

配置界面如下图所示

menuconfig

打开文件系统

本文使用的是 USB Host 读写 U 盘的功能，所以需要打开 RT-Thread 的虚拟文件系统功能，打开文件系统的操作如下

---- RT-Thread Components
    ----Device virtual file system
        ----Using device virtual file system

配置界面如下图所示

file

生成工程并下载

在 ENV 中打开 USB Host 和虚拟文件系统的功能之后，工程配置就结束了，退出配置界面并保存。在 ENV 工具中使用 scons --target=mdk5 命令重新生成工程并打开。工程打开之后可以看到 USB Host 的框架代码和驱动代码都已经自动加入到工程里面了，如下图所示

project

在 main.c 文件中加入以下测试代码并下载

#include <dfs_posix.h> 
#define TEST_FN     "/test_usbh.c"
static char test_data[120], buffer[120];

void readwrite(const char* filename)
{
    int fd;
    int index, length;

    fd = open(TEST_FN, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0);
    if (fd < 0)
    {
        rt_kprintf("open file for write failed\n");
        return;
    }

    for (index = 0; index < sizeof(test_data); index ++)
    {
        test_data[index] = index + 27;
    }

    length = write(fd, test_data, sizeof(test_data));
    if (length != sizeof(test_data))
    {
        rt_kprintf("write data failed\n");
        close(fd);
        return;
    }

    close(fd);

    fd = open(TEST_FN, O_RDONLY, 0);
    if (fd < 0)
    {
        rt_kprintf("check: open file for read failed\n");
        return;
    }

    length = read(fd, buffer, sizeof(buffer));
    if (length != sizeof(buffer))
    {
        rt_kprintf("check: read file failed\n");
        close(fd);
        return;
    }

    for (index = 0; index < sizeof(test_data); index ++)
    {
        if (test_data[index] != buffer[index])
        {
            rt_kprintf("check: check data failed at %d\n", index);
            close(fd);
            return;
        }
    }

    rt_kprintf("usb host read/write udisk successful\r\n");

    close(fd);
}

MSH_CMD_EXPORT(readwrite, usb host read write test);