本篇，将使用CubeMX+Keil, 创建一个 USB + SD卡存储 + FatFS 的虚拟U盘读写工程。
约定：本篇所述SD卡，特指 TF卡。
目录
[二、CubeMX 配置 （SDIO + DMA + FatFs + USB）](#二、CubeMX 配置 （SDIO + DMA + FatFs + USB）)
[三、修正代码 bug](#三、修正代码 bug)
读写测试，实现效果：
U盘，识别效果：
一、简述
上几篇，已循序渐进讲解了SD、SDIO、基础读写、DMA读写、FatFs。
这里不再啰嗦，有兴趣的可翻看之前的篇章:
3、【CubeMX+STM32】SD卡 文件系统 FatFs+SDIO+DMA
本篇，在之前的基础上，再向前一步：把SD卡模拟成U盘。
通过 CubeMX+Keil ，配置 SDIO+DAM+FatFs+USB，可以用代码进行文件读写，也可以插上USB线在电脑端进行文件读写。
对USB详细原理有兴趣的朋友，可参考大神的书籍《USB应用分析精粹》。
硬件要求 1：SD卡的接线、原画图
带SDIO的STM32芯片，都是一样的接法，不管是F1、F4。
对于第9脚：检测插入，文中另有详述。
硬件要求 2：USB端口 接线、原理图
本篇所用电路, 如下图，也是STM32作为设备端的通用接法。
- Type-C母座已连接STM32的PA11、PA12, 且PA12 (DP线) 经1.5K电阻上拉到3.3V。
- 优点：电路简单；缺点：只能作设备端，不能作主机端。
注意：如果板子上有两个USB口，注意区分哪个是USB设备端口，哪个是USB转TTL口;
软件要求 1：需要使用 CubeMX
新建工程部分，本篇略过，下面只讨论USB通信 + SD卡读写的实现 。
- 新建工程 图解教程：【STM32+CubeMX】 新建工程 STM32F103 篇
软件要求 2： 已配置好 printf
本篇示范，将会使用 printf 向电脑端串口助手输出调试信息，请提示为工程配置好UART1、printf重定向。
- UART1 + printf 实现方法1：【STM32+CubeMX】USART1 DMA收发、printf
- UART1 + printf 实现方法2： 移植 bsp_UART.c 文件
基础工程模板下载：STM32F103 工程模板 _ 已带 UART1+printf
二、CubeMX 配置 （SDIO + DMA + FatFs + USB）
1、启用 SDIO
- Mode ：工作模式。选择 SD 4 bits Wide bus , 即4位并行数据总线。
- SDIOCLK Clock divide factor ：SDIO 时钟分频系数。默认值是 0**， 改为：** 6 。
F103系列，SDIO时钟分频系数修改为 6 或 8，不然初始化会失败。F407系列可使用默认的 0 值。
2、SDIO 启用 DMA 传输
- 点击 ADD 按钮，添加：SDIO。
F103系列，SDIO的 读、写 共用同一DMA通道。而F407则有RX、TX两个通道。
3、添加 FatFs 文件系统
- **Mode:**打勾 SD Card
- **参数 CODE_PAGE：Simplified Chinese GBK (**简体中文)
- **参数 USE_LFN：Enabled with dynamic working buffer on the STACK (**长文件名称、缓存放在STACK，因此STACK得设置大一些，如>0x1000)
4、配置 检测引脚
让我们先回看一下原理图：
SD卡座的第9脚，用于检测是否已插入SD卡。
如果已插入SD卡，CD脚会输出低电平。
不建议使用这个功能！
因为：SD卡与U盘不同，没有完善的保护电路，不应该进行热插拔！而且，做SD卡项目调试时，默认状态应该是一直插着SD卡的。如果项目有需要，也可以自己写几行引脚电平检测，当引脚电平为低时，再对SD卡进行操作，这样更灵活。
回到FatFs配置界面 ，下方配置里，可以设置是否使用检测引脚：
- 如果你的SD卡已连接检测引脚，想使用CubeMX生成管理，可以在这里指定引脚。
- 如果不需要这个检测功能，就让它默认空着即可。不管是否已连接此引脚，都可空着。
CubeMX生成时注意：
当不指定检测引脚，在最后生成工程时，会有弹窗警告，不用管它，到时点击Yes即可，将会正常生成工程，代码上不会有任何影响。
如果不想有弹窗，可以随便指定一个空闲的引脚，这样在生成时就不会弹警告了，但是需要在生成的工程代码里，注释掉引脚检测功能。操作有点烦人，不建议此方法，如有需要，自行搜索操作的方法。
完成上面的配置后，工程已经能够使用代码进行：文件系统挂载、创建文件、读写文件 了。
5、启用 USB
6、启用 USB 类 （大容量存储）
7、配置中断、优先级
- 系统时基 中断优先级，修改为 0 （如果不改，电脑端将无法识别成U盘)
- SDIO global interrupt: 打勾
- 修改下图四项的中断优先级; 中断值排序：Time base < SDIO < DMA < USB (值越小优先级越高)
8、时钟设置
进入时钟树配置页面，
如果工程没配置好SDIO、USB时钟，这时就会弹窗：是否自动配置所需时钟？
- 选择：NO 。手动修改即可。
不推荐 Yes，因为它将针对已使能的SDIO、USB进行必须值的配置，而已设置好的系统时钟，将会被修改成其它值。
修改 USB 时钟分频系数：
- 箭头所指 USB 分频系数：1.5
修改完成后，USB时钟是48MHz。
9、修改 Stack 栈大小
- Stack Size ：0x1000 (三个零，也可以适当再大一些)
好了，SD卡 模拟成U盘 所需的 SDIO + FatFS + DMA + USB 已完成配置。
点击 生成工程，会有弹窗提示，因为我们没有指定SD卡的检测引脚。
点击 Yes 确认，继续生成即可！
三、修正代码 bug
CubeMX生成的SDIO初始化代码，有一个bug，需要手动修改，操作如下。
1、打开keil 工程，先重新编译一次。
- 正常情况，编译是0 Error的。
- 如果有Error, 应该是新建工程时，路径、名称有中文了，重新开建工程，改为英文即可。
2、重要修正：SD卡的初始化，需使用 1-bit 模式
- 右击 main.c 文件中函数 MX_SDIO_SD_Init ( )
- 弹出菜单，选中：Go To Ddfinition Of ...; 将跳转到SD卡初始化函数内部
跳转到 sdio.c文件的 MX_SDIO_SD_Init() 初始化函数内部后，
把下图位置中的 4B ，改为 1B ；
因为初始化时，需要低速率，1线通信即可。如果不修改，初始化过程会导致程序卡死。
++重要、重要、重要：CubeMX 每次重新生成后，这里都要手动修改一次++。
四、挂载FatFs、文件读写
SD卡的底层初始化、FatFs的初始化，CubeMX 已经帮我们生成好了。
我们使用时，只需调用相关函数实现对应功能即可。
1、FatFs挂载、文件读写
下面，我们编写一个示范函数，为程序挂载FatFs文件系统挂载，通过代码，读写SD卡内的文件。
大概操作流程如下：
- 判断是否需要格式化
- 格式化
- 挂载文件系统
- 创建文件
- 文件写入数据
- 文件读取数据
在**main()**的上方，/* USER CODE BEGIN 0 */ 注释块内，编写以下函数（建议直接复制)。
此函数已带详细中文注释、流程提示，通读两三次，即可理解SD卡的操作流程。
cpp
/******************************************************************************
* 函 数： FatFsTest
* 功 能： SD卡的FatFs文件系统综合测试
* 1、挂载：以读写方式挂载FatFs；若卡上没有文件系统(FR_NO_FILESYSTEM)，则先格式化再重新挂载
* 2、写入：打开(不存在则创建)SD卡根目录的 text.txt，写入测试字符串
* 3、读取：重新打开 text.txt，读回数据并用printf打印
* 参 数： 无
* 返 回： 无; 挂载/格式化失败时直接return退出，错误信息经串口打印提示
* 备 注： 1、测试会改写SD卡根目录的 text.txt; 若触发格式化，则整卡数据会被重建;
* 2、FATFS/FIL/缓冲区等大对象均已用static修饰(存放在全局数据区)，避免栈溢出;
* 3、函数开头的HAL_Delay(1000)用于避开仿真器烧录期间的多次复位;
* 4、测试结束后已用f_mount(NULL,...)取消挂载。
******************************************************************************/
void FatFsTest(void)
{
static FATFS myFatFs; // FatFs 文件系统对象; 这个结构体占用598字节，有点大，需用static修饰(存放在全局数据区), 避免stack溢出
static FIL myFile; // 文件对象; 这个结构体占用570字节，有点大，需用static修饰(存放在全局数据区), 避免stack溢出
static FRESULT f_res; // 文件操作结果
static uint32_t num; // 文件实际成功读写的字节数
static uint8_t aReadData[1024] = {0}; // 读取缓冲区; 这个数组占用1024字节，需用static修饰(存放在全局数据区), 避免stack溢出
static uint8_t aWriteBuf[] = "测试; This is FatFs Test ! \r\n"; // 要写入的数据
// 重要的延时：避免烧录期间的复位导致文件读写、格式化等错误
HAL_Delay(50); // 重要：稍作延时再开始读写测试; 避免有些仿真器烧录期间的多次复位，短暂运行了程序，导致下列读写数据不完整。
// 1、挂载测试：在SD卡挂载文件系统
printf("\r\n\r\n");
printf("1、挂载 FatFs 测试 ****** \r\n");
f_res = f_mount(NULL, "0:", 1); // 为了示范如何挂载，先注销(卸载)逻辑驱动器"0:", 因为CubeMX生成的底层代码在初始化时，为我们挂载了FatFs，并使用了0这个盘符。
f_res = f_mount(&myFatFs, "0:", 1); // 在SD卡上挂载文件系统; 参数：文件系统对象、驱动器路径、读写模式(0只读、1读写)
if (f_res == FR_NO_FILESYSTEM) // 检查是否已有文件系统，如果没有，就格式化创建创建文件系统
{
printf("SD卡没有文件系统，开始格式化......\r\n");
f_res = f_mkfs("0:", 0, 0); // 格式化SD卡; FatFs R0.11旧接口 f_mkfs(path, sfd, au)：参数：驱动器路径、分区规则sfd(0-FDISK分区式,适用SD卡等存储卡)、簇大小au(0为自动选择); 格式化前必须先f_mount(x,x,1)读写方式挂载
if (f_res == FR_OK) // 格式化 成功
{
printf("SD卡格式化：成功 \r\n");
f_res = f_mount(NULL, "0:", 1); // 格式化后，先取消挂载
f_res = f_mount(&myFatFs, "0:", 1); // 重新挂载
if (f_res == FR_OK)
printf("FatFs 挂载成功 \r\n"); // 挂载成功
else
return; // 挂载失败，退出函数
}
else
{
printf("SD卡格式化：失败 \r\n"); // 格式化 失败
return;
}
}
else if (f_res != FR_OK) // 挂载异常
{
printf("FatFs 挂载异常，返回值: %d\r\n", f_res);
printf("检查1：是否已插入 TF 卡。\r\n");
printf("检查2：MX_SDIO_SD_Init(), BusWide, 是否已修改为 1B 。\r\n");
printf("检查3：MX_SDIO_SD_Init(), ClockDiv，是否已配置为 6。\r\n");
return;
}
else // 挂载成功
{
if (myFatFs.fs_type == 0x03) // FAT32; 1-FAT12、2-FAT16、3-FAT32、4-exFat
printf("SD卡已有文件系统：FAT32\r\n");
if (myFatFs.fs_type == 0x04) // exFAT; 1-FAT12、2-FAT16、3-FAT32、4-exFat
printf("SD卡已有文件系统：exFAT\r\n");
printf("FatFs 挂载成功 \r\n"); // 挂载成功
}
// 2、写入测试：打开或创建文件，并写入数据
printf("\r\n");
printf("2、写入测试：打开或创建文件，并写入数据 ****** \r\n");
f_res = f_open(&myFile, "0:text.txt", FA_CREATE_ALWAYS | FA_WRITE); // 打开文件; 参数：要操作的文件对象、路径和文件名称、打开模式;
if (f_res == FR_OK)
{
printf("打开文件 成功 \r\n");
printf("写入测试：");
f_res = f_write(&myFile, aWriteBuf, sizeof(aWriteBuf), &num); // 向文件内写入数据; 参数：文件对象、数据缓存、申请写入的字节数、实际写入的字节数
if (f_res == FR_OK)
{
printf("写入成功 \r\n");
printf("已写入字节数：%d \r\n", num); // printf 写入的字节数
printf("已写入的数据：%s \r\n", aWriteBuf); // printf 写入的数据; 注意，这里以字符串方式显示，如果数据是非ASCII可显示范围，则无法显示
}
else
{
printf("写入失败 \r\n"); // 写入失败
printf("错误编号： %d\r\n", f_res); // printf 错误编号
}
f_close(&myFile); // 不再读写，关闭文件
}
else
{
printf("打开文件 失败: %d\r\n", f_res);
}
// 3、读取测试：打开已有文件，读取其数据
printf("3、读取测试：打开刚才的文件，读取其数据 ****** \r\n");
f_res = f_open(&myFile, "0:text.txt", FA_OPEN_EXISTING | FA_READ); // 打开文件; 参数：文件对象、路径和名称、操作模式; FA_OPEN_EXISTING：只打开已存在的文件; FA_READ: 以只读的方式打开文件
if (f_res == FR_OK)
{
printf("打开文件 成功 \r\n");
f_res = f_read(&myFile, aReadData, sizeof(aReadData), &num); // 从文件中读取数据; 参数：文件对象、数据缓冲区、请求读取的最大字节数、实际读取的字节数
if (f_res == FR_OK)
{
printf("读取数据 成功 \r\n");
printf("已读取字节数：%d \r\n", num); // printf 实际读取的字节数
printf("读取到的数据：%s\r\n", aReadData); // printf 实际数据; 注意，这里以字符串方式显示，如果数据是非ASCII可显示范围，则无法显示
}
else
{
printf("读取 失败 \r\n"); // printf 读取失败
printf("错误编号：%d \r\n", f_res); // printf 错误编号
}
}
else
{
printf("打开文件 失败 \r\n"); // printf 打开文件 失败
printf("错误编号：%d\r\n", f_res); // printf 错误编号
}
f_close(&myFile); // 不再读写，关闭文件
f_mount(NULL, "0:", 1); // 不再使用文件系统，取消挂载文件系统
}编写完成后，位置如下图：
2、SD卡 信息获取函数
在刚才函数的下方，编写一个SD卡信息获取函数（建议直接复制）。
这个函数的作用是：获取SD卡的基础信息、块数量 、块大小、卡容量。
此函数是额外的、非必须的函数，只用于示范。
cpp
/******************************************************************************
* 函 数： SDCardInfo
* 功 能： 获取并打印SD卡信息：卡类型、卡版本、块数量、块大小、总容量
* 参 数： 无
* 返 回： 无
* 备 注： 1、须在f_mount()挂载之后调用：FatFs的f_mount()内部才会完成SD卡的初始化，之前调用读不到有效信息;
* 2、卡未插入或未就绪(状态非TRANSFER)时，本函数静默返回，不打印任何信息。
******************************************************************************/
void SDCardInfo(void)
{
HAL_SD_CardInfoTypeDef pCardInfo = {0}; // SD卡信息结构体
uint8_t status = HAL_SD_GetCardState(&hsd); // SD卡状态标志值
if (status == HAL_SD_CARD_TRANSFER)
{
HAL_SD_GetCardInfo(&hsd, &pCardInfo); // 获取 SD 卡的信息
printf("\r\n");
printf("*** 获取SD卡信息 *** \r\n");
printf("卡类型：%d \r\n", pCardInfo.CardType); // 类型返回：0-SDSC、1-SDHC/SDXC、3-SECURED
printf("卡版本：%d \r\n", pCardInfo.CardVersion); // 版本返回：0-CARD_V1、1-CARD_V2
printf("块数量：%d \r\n", pCardInfo.BlockNbr); // 可用的块数量
printf("块大小：%d \r\n", pCardInfo.BlockSize); // 每个块的大小; 单位：字节
printf("卡容量：%lluG \r\n", ((uint64_t)pCardInfo.BlockSize * pCardInfo.BlockNbr) / 1024 / 1024 / 1024); // 计算卡的容量; 单位：GB
}
}3、在 main()函数内，调用刚才那两个函数
注意，这两个示范函数，都使用了 printf 输出调试信息，
因此，这两个函数的调用，必须放在UART1 初始化之后，并确保已做好 printf 重定向至 UART1 输出。
cpp
FatFsTest(); // SD卡测试函数: FatFs文件系统挂、格式化、创建文件、读写文件
SDCardInfo(); // SD卡信息获取; 注意，本函数，必须在f_mount()执行之后再调用调用位置，参考如下图：
至此，文件系统的测试编写完成！
4、阶段性测试
在继续添加 USB 功能之前，
我们先测试一下当前状态下工程的 文件系统 / 文件读写 是否正常使用。
- 板子断电，插入SD卡 / TF卡 (谨记，必须断电才能插拔卡)
- 打开串口助手
- 编译、烧录
程序运行后，如下图：FatFs挂载正常、读写文件正常 ！！太好了，上面工作已顺丰验证。
串口助手效果：
五、添加USB支持、实现U盘模拟
现在，继续为工程添加USB的支持。
USB 枚举、通信等底层，CubeMX也生成好了。
我们只需在USB文件中，完成接口函数的实现。
1、 文件 sd_diskio.h，添加头文件引用
- 先打开 sd_diskio.c ，文件空白位置右击，再跳转到头文件 sd_diskio.h
进入sd_diskio.h后, 可以看到：extern 这一行代码，带红色波浪线警告。
在约56行，extern 那一行之前，添加头文件引用：#include "ff_gen_drv.h"
**注意：**每次重新生成工程，刚添加的这一行，都会被CubeMX删除，需要在生成后重新写一次！
cpp
#include "ff_gen_drv.h"添加后，extern这一行的红色波浪线就会消失！！
2、文件 usbd_storage_if.c ，接口实现
这个文件，CubeMX已生成了需要用到的接口空函数，目的是为了把USB大容量类的通信与SD卡的读写挂钩起来。
下面共需对 5处 位置作 修改、填充！
需要修改的位置，已用中文注释。没中文注释的，不用管，保持原样即可。
可对照修改，也可以直接复制替换原函数。
接口实现 5-1：
添加头文件引用
约在25行，
在/* USER CODE END INCLUDE */ 注释块内，添加：
cpp
#include "sdio.h" // 增加这行
#include "sd_diskio.h" // 增加这行完成后，位置如下图：
接口实现 5-2：
STORAGE_GetCapacity_FS() 函数，返回设备块数量、块大小
约在 195行。
STORAGE_GetCapacity_FS () 函数的核心作用是：响应 USB 主机（如 PC）发出的 SCSI ReadCapacity 命令，向主机报告你所模拟的"U盘"的总容量信息。即回复USB主机的询问："你这个存储设备有多大？每个扇区是多少字节？"
- 复制下面函数，替换原函数。也可以对照着注释旧代码、增加新代码行。
cpp
int8_t STORAGE_GetCapacity_FS(uint8_t lun, uint32_t *block_num, uint16_t *block_size)
{
/* USER CODE BEGIN 3 */
// *block_num = STORAGE_BLK_NBR; // 注释掉
// *block_size = STORAGE_BLK_SIZ; // 注释掉
*block_num = hsd.SdCard.BlockNbr; // 增加这行; 获取SD卡的块数量
*block_size = hsd.SdCard.BlockSize; // 增加这行; 获取SD卡的块大小
return (USBD_OK);
/* USER CODE END 3 */
}
接口实现 5-3：
STORAGE_IsReady_FS ( ) 函数，返回设备当前是否就绪、可操作状态
约在 213行。
STORAGE_IsReady_FS() 函数的核心作用是向 USB 主机报告底层存储介质（如 SD 卡、NAND Flash）当前是否处于就绪、可操作的状态。
- 复制下面函数，替换原函数。也可以对照着注释旧代码、增加新代码行。
cpp
int8_t STORAGE_IsReady_FS(uint8_t lun)
{
/* USER CODE BEGIN 4 */
// return (USBD_OK); // 注释掉。不要总是返回 OK
return (SD_Driver.disk_status(lun)); // 增加这行; 检查存储设备(如SD卡)指定逻辑单元的状态; 这行是非必需的，但增加后能更准确地反映设备的状态，避免在设备未准备好时进行读写操作，从而提高系统的可靠性和稳定性。
/* USER CODE END 4 */
}
接口实现 5-4：
STORAGE_Read_FS() 函数，读取数据
约在 240行。
STORAGE_Read_FS 是 USB MSC 设备中真正执行数据读取的核心函数。
当主机（如 PC）需要从你的"U盘"里读取文件内容时，最终都会调用到这里。它的任务是将底层存储介质（SD卡、Flash等）中指定地址的数据，搬运到 USB 库提供的缓冲区中。
- 复制下面函数，替换原函数。也可以对照着注释旧代码、增加新代码行。
cpp
int8_t STORAGE_Read_FS(uint8_t lun, uint8_t *buf, uint32_t blk_addr, uint16_t blk_len)
{
/* USER CODE BEGIN 6 */
// return (USBD_OK); // 注释掉。不要总是返回 OK
return (SD_Driver.disk_read(lun, buf, blk_addr, blk_len)); // 增加这行
/* USER CODE END 6 */
}
接口实现 5-5：
STORAGE_Write_FS () 函数，写入数据
约在 255行。
STORAGE_Write_FS () 是 USB MSC 数据通路的出口，负责将主机（PC）发来的数据写入底层存储介质。
它的角色与 STORAGE_Read_FS 正好相反：读函数是"取出"，写函数是"存入"。
但它的实现远比读函数要复杂和"危险"，因为它涉及擦除、对齐以及中断上下文限制等底层硬件的固有特性。
特别地：本篇所示范的写入处理，简单粗暴，没有保护机制。请自行按需调试，增加保护机制。
- 复制下面函数，替换原函数。也可以对照着注释旧代码、增加新代码行。
cpp
int8_t STORAGE_Write_FS(uint8_t lun, uint8_t *buf, uint32_t blk_addr, uint16_t blk_len)
{
/* USER CODE BEGIN 7 */
// return (USBD_OK); // 注释掉。不要总是返回 OK
return (SD_Driver.disk_write(lun, buf, blk_addr, blk_len)); // 增加这行
/* USER CODE END 7 */
}
至此，USB通信需要实现的接口，都已修改好了。
六、实验效果
**约定：**本节所述 "USB线"，特指 USB通信线 (PA11、PA12)!! 并非DAP烧录器的 USB线。
编译、烧录程序，串口助手数据如下图：
插上USB线，稍等三四秒，电脑将会识别并弹出U盘，参考如下图。
电脑U盘识别效果：
重要：每次烧录程序后，需要手动插拔一次USB线，才能被重新识别。
如有错漏 ，望指正~~~！