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[RISC-V MCU 创新应用比赛] 沁恒 CH32V103 USB Host FATFS 读取U盘文件

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 楼主| gtbestom 发表于 2021-9-16 11:43 | 显示全部楼层 |阅读模式
USB, USB, U盘, os, ST, FATFS
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　　沁恒 CH32V103 在引脚和功能上几乎和 STM32F103 系列通用，在保持通用的情况下，还创新的增加了 USB Host 功能

　　曾经用 STM32F103 做过仪表，需要把仪表数据导出到U盘，但 STM32F103 不支持 Host，需要外接沁恒的 CH375、CH376 进行读写U盘

　　现在使用单片 CH32V103 就能替代完成这些功能，省钱了

　　最近使用沁恒 CH32V103 做了个 MP3，支持 SD 卡歌曲播放，既然有 USB Host，那也能支持U盘歌曲播放

　　Duang，开整（U盘用的少，就用读卡器+SD卡替代了）

93116142bcea883ff.png


　　沁恒官方也提供了一份适用于 CH32V103 的U盘读写库 libRV3UFI.a，提供了常用的文件读写操作

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  1. extern        UINT8        CHRV3GetVer( void );                 /* 获取当前子程序库的版本号 */
    

  2. extern        void        CHRV3DirtyBuffer( void );            /* 清除磁盘缓冲区 */
    

  3. extern        UINT8        CHRV3BulkOnlyCmd( PUINT8 DataBuf );  /* 执行基于BulkOnly协议的命令 */
    

  4. extern        UINT8        CHRV3DiskReady( void );              /* 查询磁盘是否准备好 */
    

  5. extern        UINT8        CHRV3AnalyzeError( UINT8 iMode );    /* USB操作失败分析CHRV3IntStatus返回错误状态 */
    

  6. extern        UINT8        CHRV3FileOpen( void );               /* 打开文件或者枚举文件 */
    

  7. extern        UINT8        CHRV3FileClose( void );              /* 关闭当前文件 */
    

  8. extern        UINT8        CHRV3FileErase( void );              /* 删除文件并关闭 */
    

  9. extern        UINT8        CHRV3FileCreate( void );             /* 新建文件并打开,如果文件已经存在则先删除后再新建 */
    

  10. extern        UINT8        CHRV3FileAlloc( void );              /* 根据文件长度调整为文件分配的磁盘空间 */
    

  11. extern        UINT8        CHRV3FileModify( void );             /* 查询或者修改当前文件的信息 */
    

  12. extern        UINT8        CHRV3FileQuery( void );              /* 查询当前文件的信息 */
    

  13. extern        UINT8        CHRV3FileLocate( void );             /* 移动当前文件指针 */
    

  14. extern        UINT8        CHRV3FileRead( void );               /* 从当前文件读取数据到指定缓冲区 */
    

  15. extern        UINT8        CHRV3FileWrite( void );              /* 向当前文件写入指定缓冲区的数据 */
    

  16. extern        UINT8        CHRV3ByteLocate( void );             /* 以字节为单位移动当前文件指针 */
    

  17. extern        UINT8        CHRV3ByteRead( void );               /* 以字节为单位从当前位置读取数据块 */
    

  18. extern        UINT8        CHRV3ByteWrite( void );              /* 以字节为单位向当前位置写入数据块 */
    

  19. extern        UINT8        CHRV3DiskQuery( void );              /* 查询磁盘信息 */
    

  20. extern        void        CHRV3SaveVariable( void );           /* 备份/保存/恢复子程序库的变量,用于子程序库在多个芯片或者U盘之间进行切换 */
　　
　　这函数看着眼熟，看起来就像是 CH375 上面的那套

　　直接使用，就能遍历、读写文件了

　　官方例程也提供了创建长文件名的示例，但是没找到读取长文件名的示例，肯定是偷懒了  

　　咋办，想想办法呗  

　　USB协议相对复杂，可以参考相关文档，这里就不展开了

　　简单来说，U盘插入后，引起USB总线电平变化触发中断，根据D+D-的电平信号，USB主机就知道设备的速度类型，低速或者全速

　　接着USB主机复位USB总线（ResetRootHubPort），然后读取设备描述符（CtrlGetDeviceDescr），获取以下设备信息

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  1. typedef struct __PACKED _USB_DEVICE_DESCR {
    

  2.     UINT8 bLength;
    

  3.     UINT8 bDescriptorType;
    

  4.     UINT16 bcdUSB;
    

  5.     UINT8 bDeviceClass;
    

  6.     UINT8 bDeviceSubClass;
    

  7.     UINT8 bDeviceProtocol;
    

  8.     UINT8 bMaxPacketSize0;
    

  9.     UINT16 idVendor;
    

  10.     UINT16 idProduct;
    

  11.     UINT16 bcdDevice;
    

  12.     UINT8 iManufacturer;
    

  13.     UINT8 iProduct;
    

  14.     UINT8 iSerialNumber;
    

  15.     UINT8 bNumConfigurations;
    

  16. } USB_DEV_DESCR;
　　
　　至此主机就知道设备的 PID、VID、使用的USB协议版本、端点情况等

　　接着主机发出设置地址指令（CtrlSetUsbAddress），重设USB设备的地址（这之前USB设备都是以默认的0地址与主机通信）

　　接下去都以新地址与USB设备通信，首先读取配置描述符（CtrlGetConfigDescr），获取以下配置信息

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  1. typedef struct __PACKED _USB_CONFIG_DESCR {
    

  2.     UINT8 bLength;
    

  3.     UINT8 bDescriptorType;
    

  4.     UINT16 wTotalLength;
    

  5.     UINT8 bNumInterfaces;
    

  6.     UINT8 bConfigurationValue;
    

  7.     UINT8 iConfiguration;
    

  8.     UINT8 bmAttributes;
    

  9.     UINT8 MaxPower;
    

  10. } USB_CFG_DESCR;


　　接口描述符和端点描述符也可以在这个过程返回给主机

复制
  1. typedef struct __PACKED _USB_INTERF_DESCR {
    

  2.     UINT8 bLength;
    

  3.     UINT8 bDescriptorType;
    

  4.     UINT8 bInterfaceNumber;
    

  5.     UINT8 bAlternateSetting;
    

  6.     UINT8 bNumEndpoints;
    

  7.     UINT8 bInterfaceClass;
    

  8.     UINT8 bInterfaceSubClass;
    

  9.     UINT8 bInterfaceProtocol;
    

  10.     UINT8 iInterface;
    

  11. } USB_ITF_DESCR;

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  1. typedef struct __PACKED _USB_ENDPOINT_DESCR {
    

  2.     UINT8 bLength;
    

  3.     UINT8 bDescriptorType;
    

  4.     UINT8 bEndpointAddress;
    

  5.     UINT8 bmAttributes;
    

  6.     UINT16 wMaxPacketSize;
    

  7.     UINT8 bInterval;
    

  8. } USB_ENDP_DESCR;
　　
　　至此主机已经获取到足够的信息，可以根据 bInterfaceClass 判断设备是 鼠标、键盘、U盘等类型

　　主机设置配置，如果是U盘，可以使用 SCSI 指令集或者 UFI 指令集中的一部分指令操作U盘

　　当然，这些指令还需要进行 CBW 命令块封包，通过批量传输 BulkOnly 协议发送

　　U盘数据读写也是通过 CBW 命令设置读取的，能读写U盘后，剩下的文件系统就由 FATFS 接管了

　　修改 FATFS 里 diskio.c 文件里的 disk_initialize 函数，增加U盘初始化函数

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  1. DSTATUS disk_initialize (
    

  2.     BYTE pdrv               /* Physical drive nmuber (0..) */
    

  3. )
    

  4. {
    

  5.     u8 res=0;
    

  6.     switch(pdrv)
    

  7.     {
    

  8.         case SD_CARD:
    

  9.             res = SD_Initialize();
    

  10.             if(res)                         // STM32 SPI的bug,在sd卡操作失败的时候如果不执行下面的语句,可能导致SPI读写异常
    

  11.                 SD_SPI_ReadWriteByte(0xff); // 错误，提供额外的8个时钟
    

  12.             SD_Card_SPI_SetSpeed(0);
    

  13.             break;
    

  14.         case EX_FLASH:
    

  15.             break;
    

  16.         case USB_DISK:
    

  17.             res = CHRV3DiskReady();
    

  18.             break;
    

  19.         default:
    

  20.             res = 1;
    

  21.     }
    

  22.     if(res) return STA_NOINIT;
    

  23.     else return 0;                          //初始化成功
    

  24. }
　　
　　修改读写扇区函数

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  1. // 读扇区
    

  2. // pdrv:磁盘编号0~9，*buff:数据接收缓冲首地址，sector:扇区地址，count:需要读取的扇区数
    

  3. DRESULT disk_read (
    

  4.     BYTE pdrv,      /* Physical drive nmuber (0..) */
    

  5.     BYTE *buff,     /* Data buffer to store read data */
    

  6.     DWORD sector,   /* Sector address (LBA) */
    

  7.     UINT count      /* Number of sectors to read (1..128) */
    

  8. )
    

  9. {
    

  10.     u8 res=0;
    

  11.     if (!count) return RES_PARERR;                  // count不能等于0，否则返回参数错误
    

  12.     switch(pdrv)
    

  13.     {
    

  14.         case SD_CARD:
    

  15.             res = SD_ReadDisk(buff, sector, count);
    

  16.             if(res)                                 // STM32 SPI的bug,在sd卡操作失败的时候如果不执行下面的语句,可能导致SPI读写异常
    

  17.                 SD_SPI_ReadWriteByte(0xff);         // 提供额外的8个时钟
    

  18.             break;
    

  19.         case EX_FLASH:
    

  20.             break;
    

  21.         case USB_DISK:
    

  22.             CHRV3vLbaCurrent = sector;
    

  23.             res = CHRV3ReadSector(count, buff);
    

  24.             break;
    

  25.         default:
    

  26.             res=1;
    

  27.     }
    

  28.     if(res==0x00) return RES_OK;
    

  29.     else return RES_ERROR;
    

  30. }

复制
  1. // 写扇区
    

  2. // pdrv:磁盘编号0~9，*buff:发送数据首地址，sector:扇区地址，count:需要写入的扇区数
    

  3. #if _USE_WRITE
    

  4. DRESULT disk_write (
    

  5.     BYTE pdrv,          /* Physical drive nmuber (0..) */
    

  6.     const BYTE *buff,   /* Data to be written */
    

  7.     DWORD sector,       /* Sector address (LBA) */
    

  8.     UINT count          /* Number of sectors to write (1..128) */
    

  9. )
    

  10. {
    

  11.     u8 res=0;
    

  12.     if (!count) return RES_PARERR;
    

  13.     switch(pdrv)
    

  14.     {
    

  15.         case SD_CARD:
    

  16.             res = SD_WriteDisk((u8*)buff,sector,count);
    

  17.             break;
    

  18.         case EX_FLASH:
    

  19.             res=0;
    

  20.             break;
    

  21.         case USB_DISK:
    

  22.             CHRV3vLbaCurrent = sector;
    

  23.             res = CHRV3WriteSector(count, (u8*)buff);
    

  24.             break;
    

  25.         default:
    

  26.             res=1;
    

  27.     }
    

  28.     if(res == 0x00) return RES_OK;
    

  29.     else return RES_ERROR;
    

  30. }
　　
　　#define SD_CARD  0  // SD Card
　　#define EX_FLASH 1  // Flash Chip
　　#define USB_DISK 2  // USB Disk


　　就可以了，记得把 ffconf.h 里的 #define _VOLUMES    3，改掉，支持几个盘，就改成几个

　　好了，再总结一下：

　　先初始化USB Host

复制
  1. pHOST_RX_RAM_Addr = RxBuffer;
    

  2.     pHOST_TX_RAM_Addr = TxBuffer;
    

  3.     USB_Host_Config(ENABLE);
    

  4.     CHRV3LibInit();
    

  5.     SetUsbSpeed(1);                 // 全速
　　
　　然后循环检测U盘是否插入

复制
  1. if(R8_USB_INT_FG & RB_UIF_DETECT)       // RB_UIF_DETECT：USB主机模式下USB设备连接或断开事件中断标志位
    

  2.         {
    

  3.           R8_USB_INT_FG = RB_UIF_DETECT ;       // 检测到USB设备连接或断开触发
    

  4.           ret = AnalyzeRootHub();               // 分析跟集线器状态
    

  5.           if(ret == ERR_USB_CONNECT)
    

  6.           {
    

  7.             FoundNewDev = 1;
    

  8.             printf("Insert Device\r\n");
    

  9.           }
    

  10.           else if(ret == ERR_USB_DISCON)
    

  11.           {
    

  12.             printf( "Remove Device\r\n" );
    

  13.           }
    

  14.         }


　　检测到插入后，初始化设备，即获取描述符，设置地址等

复制
  1. FoundNewDev = 0;
    

  2.         ret = InitRootDevice(Com_Buffer);
    

  3.         if (ret == ERR_SUCCESS)
    

  4.         {
    

  5.           CHRV3DiskStatus = DISK_USB_ADDR;
    

  6.           printf( "Device Enum Succeed\r\n" );
    

  7.         }
    

  8.         else
    

  9.         {
    

  10.           printf("Device Enum Failed\r\n");
    

  11.         }


　　然后就可以挂载U盘，进行读写了

复制
  1. res_sd = f_mount(&usbfs, u"2:", 1);
    

  2.         if(res_sd == FR_OK)
    

  3.         {
    

  4.           printf("Mount OK\r\n");
    

  5.           ListIndex = 0;
    

  6.           ListCount = File_Scan(u"2:", "MP3", ListIndex, fname);
    

  7.           printf("%d\r\n", ListCount);
    

  8.         }
    

  9.         else if(res_sd == FR_NO_FILESYSTEM)
    

  10.         {
    

  11.           printf("No File System\r\n");
    

  12.         }
    

  13.         else
    

  14.         {
    

  15.           printf("Mount Fail: %d\r\n", res_sd);
    

  16.         }


　　USB全速设备速度不会超过12Mbps，即每秒1.5M Byte

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xinmeng_wit 发表于 2021-10-7 11:05 | 显示全部楼层
调用f_write,然后再调用f_close,好像会出错，就是close不了
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lzbf 发表于 2022-11-2 19:55 | 显示全部楼层
能不能实现CH32V103 直接在电脑上显示sd卡？
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tabmone 发表于 2022-11-2 20:22 | 显示全部楼层
这个最大支持多大的U盘呢？              
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jkl21 发表于 2022-11-2 20:41 | 显示全部楼层
FATFS 不是直接操作SD卡的吗
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