华大MCU之二：USB 驱动 + FatFs 的移植使用详解

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继上一篇华大MCU之一：HC32F460 替换 STM32F411 移植记录完成之后，领导要求启用 USB 相关功能（硬件在设计时已经设计了 USB 接口）。之前的 ST MCU 中 USB 用的还是挺多的，对于 USB 有一些了解！对于 ST 的 USB 驱动库也写过几篇博文！
  
我的项目中使用的是终端通过 USB 读取 U 盘，因此，本文重点关于 USB HOST MSC 部分 + FatFs！

USB 驱动

驱动文件架构
  
移植驱动之前，先要了解一下驱动库的代码文件，有哪些是必须的源代码；有哪些是需要处理的配置文件等等。不过经过我的几番对比发现，无论是驱动文件结构还是内部的函数名称，华大 的 USB 库与 ST 的 USB 库（标准外设版）高度一致！鉴于此，驱动库的文件架构及代码的说明就不用多说了，具体参见博文《 STM32 之三 标准外设版USB驱动库详解（架构+文件+函数+使用说明+示例程序）》 。
  
咱也不知道是 ST 抄袭华大的时候改了一些内容，还是华大抄袭 ST 的时候有些改动。在 USB 驱动源码上，这两者是有一些不同的地方，这也就导致了它俩在某些配置上有一些区别。下面我们会详细的介绍到！

文件移植
  
华大的 USB 驱动库的文件夹组织与 ST 的有些区别。移植的第一步还是根据我们的需要来选择使用的驱动库文件，不多说，直接参照下面的图：

“华大MCU之二：USB

更详细的移植，请参考博文《STM32 之四 标准外设版 USB 驱动 + MSC(Host) + Fatfs 移植》

配置
  
USB 驱动库的使用需要我们自己来处理几个文件，主要是一些和配置相关的部分。配置文件严格来说，不属于驱动库源码文件，其属于用户文件。华大的 USB 库与 ST 的一样，配置文件均以模块的形式给出（例如，usb_conf_template.h），我们需要复制模板文件，放到自己的目录中，并更改实现文件中的内容。

“华大MCU之二：USB

usb_bsp

usb_bsp.h 我们不需要做任何修改。在 ST 的驱动库中，这个文件是位于驱动源码目录中的。华大将它拿到了用户目录。我们主要是在 usb_bsp.c中实现一些 USB 需要使用的函数接口。对于这个文件，华大 和 ST 基本可以说没有差别。主要就是以下部分：

1、USB 使用的 MCU 引脚的初始化。这里需要注意，在硬件设计上，某些 USB 引脚我们是不使用的，例如，我的板子上只使用了 DM 和 DP （最简单的情况下只用这两个）

void USB_OTG_BSP_Init(USB_OTG_CORE_HANDLE *pdev)
{
    stc_port_init_t stcPortInit;

    /* port config */
    /* Disable digital function for DM DP */
    MEM_ZERO_STRUCT(stcPortInit);
    stcPortInit.enPinMode = Pin_Mode_Ana;
    PORT_Init(USB_DM_PORT, USB_DM_PIN, &stcPortInit);
    PORT_Init(USB_DP_PORT, USB_DP_PIN, &stcPortInit);
    //PORT_SetFunc(PortA, Pin08, Func_UsbF, Disable); //SOF
    //PORT_SetFunc(PortA, Pin10, Func_UsbF, Disable); //ID
    PORT_SetFunc(USB_DM_PORT, USB_DM_PIN, USB_DM_PIN_SOURCE, Disable); //DM
    PORT_SetFunc(USB_DP_PORT, USB_DP_PIN, USB_DP_PIN_SOURCE, Disable); //DP
    // PORT_SetFunc(PortB, Pin08, Func_UsbF, Disable); //DRVVBUS

    USB_RCC_ENABLE();
}

2、USB 中断的配置。注意华大的中断使用时的要求与 ST 的差别还是挺大的。不懂的可以参考博文《华大MCU之一：HC32F460 替换 STM32F411 移植记录》中的中断部分

void USB_OTG_BSP_EnableInterrupt(void)
{
    stc_irq_regi_conf_t stcIrqRegiConf;
    /* Register INT_USBFS_GLB Int to Vect.No.030 */
    stcIrqRegiConf.enIRQn = Int030_IRQn;
    /* Select INT_USBFS_GLB interrupt function */
    stcIrqRegiConf.enIntSrc = INT_USBFS_GLB;
    /* Callback function */
    stcIrqRegiConf.pfnCallback = &USB_IRQ_Handler;
    /* Registration IRQ */
    enIrqRegistration(&stcIrqRegiConf);
    /* Clear Pending */
    NVIC_ClearPendingIRQ(stcIrqRegiConf.enIRQn);
    /* Set priority */
    NVIC_SetPriority(stcIrqRegiConf.enIRQn, DDL_IRQ_PRIORITY_15);
    /* Enable NVIC */
    NVIC_EnableIRQ(stcIrqRegiConf.enIRQn);
}
/* ST 的中断处理函数默认不放在此处。*/
void USB_IRQ_Handler(void)
{
	USBH_OTG_ISR_Handler(&USB_OTG_Core);
}

3、USB 使用的一些延时函数：void USB_OTG_BSP_uDelay(const uint32_t t) 和 void USB_OTG_BSP_mDelay(const uint32_t msec)。分别为 微妙延时 和 毫秒延时。具体怎么实现就需要根据自己的程序了。在默认的 ST 驱动库示例中，可选择使用一个定时或者软件延时（死循环）。

4、根据需要配置 VBUS。

usb_conf.h
  
这个文件是 USB 驱动库的顶级配置文件。定义了我们使用的 USB CORE 是 HS 还是 FS，PHY 的类型等等。这个文件和 ST 的基本也是一模一样！但是，华大中的配置存在一些问题，下面我们具体来说一说。

1、根据自己的 MCU 选择使用的 USB 核。这里我的 MCU 只有个 全速 核，因此选择了 USE_USB_OTG_FS。HS 部分直接注释！

“华大MCU之二：USB

上面这些与 ST 一模一样。

2、根据选择的 MCU 修改一些缓冲区的大小。同样针对不同的核，配置是分开的。这里我们只使用了 USE_USB_OTG_FS。

“华大MCU之二：USB

至于这些宏对应的值，就需要去MCU手册中查找了！
  
这部分里面有个 USB_OTG_HS_INTERNAL_DMA_ENABLED 明显是搞错了，我的 全速 USB 核的配置 USB_OTG_HS_INTERNAL_DMA_ENABLED干啥玩意。直接注释掉！

“华大MCU之二：USB

3、由于我们板子上并没有使用 USB 的 VBUS 引脚，因此将 驱动库中关于 VBUS 相关的操作关闭

“华大MCU之二：USB

4、选择 USB 的工作模式。由于我的项目中使用的是终端通过 USB 读取 U 盘，也就是我的 USB 是个 HOST。但是，在配置只启用 USB HOST 时，缺出现了编译报错！

“华大MCU之二：USB

很明显，USB 驱动库中并没有处理好 USE_DEVICE_MODE 这个宏！

5、华大配置文件多了一块内容，如下：

“华大MCU之二：USB

在 ST 的 配置文件中，这部分内容全部在 本节所述的第二部分，不知道为啥华大非得自己拿出来单独写一边。而且RX_FIFO_FS_SIZE 和 RX_FIFO_HS_SIZE 这两个宏与上面的是有重复的。

“华大MCU之二：USB

我把 RX_FIFO_FS_SIZE 和 RX_FIFO_HS_SIZE 注释掉了！

6、最后一部分则是用于高速 USB 核的内存对齐在不同编译器下的处理，我们不需要关心。但是需要注意的是，华大和ST的这部分的名字不同，华大在 ST 的名称的基础上，增加了 _USB 开头。

“华大MCU之二：USB

由于名称不同，我们在定义变量的时候需要注意，直接用 ST 的是报错的！

usblib_config.h

该文件没有任何用处！

usbh_conf.h
  
这个文件在华大的 USB 库中，将其放到了 USB 驱动源码中。在 ST 中，该文件也是用户的配置文件。可能是由于华大 MCU 中的 USB 核心都是一样的，不需要再配置吧！但是根据我的理解，最好还是需要根据需要来配置一下该文件的！
  
这个文件是 USB Host 的顶级配置文件。当我们的 USB 工作在 Host 模式时，该文件定义了一些 Host 模式下使用的参数。参数很少，就 端点数量 和 接口数量这两个东西，还有个就是 MSC 的缓冲区大小（不用 MSC 的话这个宏可以忽略）。华大 和 ST 的该文件一致。

“华大MCU之二：USB

ST 的 USB 驱动中的宏 LCD_ErrLog(str) 应该是 ST 驱动的遗留问题。 USB 驱动和 LCD 有半毛钱关系啊，ST 驱动库可能在测试时使用了 LCD ，后来没删除！
  
_USE_IOCTL 这个宏则是 USB 驱动使用 FatFs 时的一个配置选项。使用 FatFs 时是必须的！华大的为啥没有？搜索一番发现，华大将它放到了其他文件中，后面我们会有说明！

hc32f46x_usbfs.h 和 ddl_config.h
  
ddl_config.h 文件是华大的外设驱动库的配置文件，里面定义了驱动库启用那些外设。对于 USB ，则有 #define DDL_USBFS_ENABLE (DDL_OFF) 。对应的 USB 头文件 hc32f46x_usbfs.h（从华大的 USB 示例中可以获取该文件）。我们可以选择直接使用 USB 驱动中的文件，而无需关心这些配置！

usbh_usr
  
usbh_usr.h/c 这两个文件就是 USB 驱动库放出的供用户实现自己实际功能的接口文件。对于不同的 USB CLASS ，该文件是有区别的，具体参见 STM32 之三 标准外设版USB驱动库详解（架构+文件+函数+使用说明+示例程序）

至此，USB 驱动部分就移植完了！

FatFs
  
华大 USB 示例中的 FatFs 版本非常旧（0.07e），而我之前的 ST 项目中使用的都比较新（0.13c），且经过了现场的大量验证。因此，最终绝对使用相对较新的版本。在之前的某个版本中， FatFs 改动相对较大，因此在更换新版后，直接编译会报一些错误，下面我们挨个解决！

关于 FatFs 的介绍及移植，详见博文《FatFs 之一 R0.13c版源码目录文件、函数、全配置项详解及移植说明》

error: #20: identifier “BYTE” is undefined
  
这个问题应该是是由于没有正确包含头文件导致的。在 R0.13c 的时候，作者更新： Supported stdint.h for C99 and later. (integer.h was included in ff.h)，然后删除了原来的 integer.h。这样，diskio.h 中也删除了对于该文件的包含。这样就导致了 diskio.h 中某些数据类型未定义！如下图：

“华大MCU之二：USB

解决方法就是在 diskio.h 中包含数据类型的定义文件。根据 00history.txt 中的更新说明，现在的数据类型定义就在 ff.h 中。

error: #147-D: declaration is incompatible
  
这个问题是由于旧版的接口与新版的不兼容导致的！在博文《FatFs 之一 R0.13c版源码目录文件、函数、全配置项详解及移植说明》中我们介绍过，USB 驱动中默认实现了 diskio.c 中的内容，实现文件名为 usbh_msc_fatfs.c。这也是为什么我使用了 USB + FatFs 缺不需要 diskio.c 的原因。

“华大MCU之二：USB

解决方法也很简单，我们不得不更改 usbh_msc_fatfs.c 中不兼容的部分，如上图！

Error: L6218E: Undefined symbol disk_ioctl (referred from ff.o).
  
这个问题是由于我们没有正确配置宏值导致的！在 ST 的 USB 驱动中的 usbh_conf.h 中，定义了宏 _USE_IOCTL。但是，在 华大的 USB 库中，并没有该宏的配置。这是因为，华大 USB 示例中更改了 diskio.h，将宏 _USE_IOCTL 放到了 diskio.h 中。如下图

“华大MCU之二：USB

_USE_IOCTL 这个宏需要特殊说明一下。这个宏值是 ST 的驱动添加的。其是与 FatFs 相关的。在 FatFs 中有个配置项 FF_USE_TRIM，这个宏如果被定义为 1，则 FatFs 要求必须在 diskio.c 中定义函数 disk_ioctl()。但是可能由于文件包含关系，导致 ST 在 USB 库中不能直接使用 FF_USE_TRIM。所以才添加了 _USE_IOCTL 。
  
更进一步，这个宏必须被定义为 1，因为在 FatFs 中存在一个 BUG：FatFs 并没有处理好对函数 disk_ioctl() 的使用，如下：

#if !FF_FS_READONLY
/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* Synchronize filesystem and data on the storage                        */
/*-----------------------------------------------------------------------*/

static FRESULT sync_fs (	/* Returns FR_OK or FR_DISK_ERR */
	FATFS* fs		/* Filesystem object */
)
{
	FRESULT res;


	res = sync_window(fs);
	if (res == FR_OK) {
		if (fs->fs_type == FS_FAT32 && fs->fsi_flag == 1) {	/* FAT32: Update FSInfo sector if needed */
			/* Create FSInfo structure */
			mem_set(fs->win, 0, sizeof fs->win);
			st_word(fs->win + BS_55AA, 0xAA55);
			st_dword(fs->win + FSI_LeadSig, 0x41615252);
			st_dword(fs->win + FSI_StrucSig, 0x61417272);
			st_dword(fs->win + FSI_Free_Count, fs->free_clst);
			st_dword(fs->win + FSI_Nxt_Free, fs->last_clst);
			/* Write it into the FSInfo sector */
			fs->winsect = fs->volbase + 1;
			disk_write(fs->pdrv, fs->win, fs->winsect, 1);
			fs->fsi_flag = 0;
		}
		/* Make sure that no pending write process in the lower layer */
		if (disk_ioctl(fs->pdrv, CTRL_SYNC, 0) != RES_OK) res = FR_DISK_ERR;
	}

	return res;
}

#endif

上面总是会调用函数 disk_ioctl()，如果不定义 _USE_IOCTL为 1 则将导致函数未定义 。处理上面这个调用，其他地方都是有相应的宏来控制对于该函数的读取的。如下：

“华大MCU之二：USB

diskio.h 中除了 _USE_IOCTL 还有个 _READONLY，这个宏我搜了一下，这应该是华大自己添加的。其主要就是移除写相关的接口的。这个宏容易引起歧义。如果这里定义为 1 ，将导致错误。因为这个宏只是在 下面用了，FatFs 中并没有添加该宏。导致 FatFs 与这里配置不一致。

“华大MCU之二：USB

至于解决方法，我们选择不修改 FatFs 的源码，只能选择在合适的位置定义宏 _USE_IOCTL 即可！至于 _READONLY 这个玩意，删除或者不用管就行了。最终，我将 diskio.h 改为了如下所示：

“华大MCU之二：USB

参考

ST 的 USB 库手册

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