TA的每日心情 | 开心
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单片机本身的代码空间终归是有限的，很多应用和数据都需要大容量存储。目前单片机常用的存储器有Flash芯片、SD卡、U盘等。每种存储器都有其特点：Flash芯片容量合适、可以带文件系统也可以不带、适合内置，SD卡一般都搭配文件系统、需使用卡槽、适合拆卸、可跨平台使用，U盘需要USB HOST去驱动、适合外带。以25系列SPI NAND flash芯片为主的存储器在很多场合都得到广泛应用。由于STC8H8K64U、STC32G12K128等单片机均已集成USB DEVICE和SPI硬件，这里我们以W25Q40为例，使用SPI硬件功能读写NAND flash芯片，下载相应固件就可以将其模拟成1个小U盘，利用USB硬件实现与电脑的连接。我们先演示制作一个带字库的模拟U盘，在下一个帖子中将会用到。STC单片机与25系列SPI flash存储芯片硬件连接很简单，通信接口均有外部上拉电阻（也可使能单片机内部上拉电阻实现）；芯片3.3V供电，单片机IO口兼容3.3V电平，直连即可。如下：
SPI- SS MOSI MISO SCLK -
IO口 P2.2 P2.3 P2.4 P2.5 P5.3
W25 1脚CE 5脚SI 2脚SO 6脚SCK 3脚WP
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对应配置SPI硬件的寄存器SPI_S[1:0]=01，位于寄存器P_SW1中。WP脚为写保护，未用悬空上拉即可。25系列SPI NAND flash存储芯片支持SPI、QPI等通信方式，由Q或者X等区分，如果是SPI方式就通用。通过发指令(0x9F)读取芯片的JEDEC ID，可以获取对应的厂家、通信方式、容量等信息。
第3字节 型号 容量Mbit
0x11 25x10 1
0x12 25x20 2
0x13 25x40 4
0x14 25x80 8
0x15 25x16 16
0x16 25x32 32
0x17 25x64 64
0x18 25x128 128
0x19 25x256 256
这里写的25x与25Q容量一样，因为8Mbit=1MB，那么W25x40就是512KB。约7千个汉字的16*16点阵GB2312字库占用240多KB(不算空位)，W25x40刚好够，还有些许剩余。若要更大更多字库就得换W25x64等存储器。把STC8H8K64U V9.3实验箱提供的例程“65-模拟U盘(Mass Storage Class)协议范例”稍微修改，以便支持多个厂家和识别多个容量。修改后的代码见附件，欢迎帮测试和继续完善。因为用到USB功能，在下载时选择24MHz时钟。下载后单片机的P3.0、P3.1就是USB的D-、D+，通过USB-A双头USB线或者Micro/TypeC USB线直连电脑的USB口，而不需要USB转串口等工具。
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图为STC8H8K64U 9.3实验箱连接电脑，实验箱下面的是STC一箭双雕模块，用来接实验箱USB口转串口临时测试用。若烧录了USB-CDC串口代码则可略过了。其它STC开发板也可以照着图修改下。
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连接到电脑后，不用另外安装驱动，就会出现一个“可移动磁盘”。此时的模拟U盘是没有任何数据和文件系统的，为RAW状态，需要分区和格式化或者恢复镜像后才能正常使用。
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可以用“DiskGenius”软件，也可以用Windows系统自带的磁盘工具进行分区与格式化。两者实际是有点区别，“DiskGenius”会把第0扇区分成一个起始扇区(占用4096字节)，里面有MBR引导信息，实际可用的分区会从第1扇区(0x1000地址)开始，浪费了没必要。要格式化成FAT12文件系统（FAT12和FAT16都称为FAT文件系统），同时还要选择扇区大小为4KB，跟25系列可擦除扇区大小一致。
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再打开U盘文件夹，把字库文件拷入这个模拟U盘的根目录。这里推荐用“WinHex19.8”恢复已经制作好的带字库的U盘镜像：
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点击菜单→文件→恢复镜像文件→打开解压出来的镜像文件“STC USB-Mass-Storage.001”→在弹出的“选择目标盘”对话框选择 物理驱动器的“RM1: STC USB-Mass-Storage (512 KB, USB)”→确定→恢复完成后提示“128个扇区被成功复制”→关闭“移动存储介质1”。
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然后插拔一下USB线或者给实验箱断电上电，在资源管理器里出现了这个带字库的模拟U盘。
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以上几秒钟就写入好了，这样就完成了文件系统的制作和字库文件的下载。顺带一提，这个代码还可以把开发板当成25系列读写器，^_^。
这个带有文件系统的SPI flash芯片，读写都应遵循FAT文件系统的要求进行。增、删、改文件会对文件分配表进行修改，需要给单片机跑嵌入式的文件系统代码。而且flash有写入寿命，不可对同一个扇区擦写次数过多。如果单片机只是读取不需修改的文件系统里的文件，可采取在电脑上用WinHex查看模拟U盘的内容，确定对应文件所在地址。方法为：点击“菜单”→工具→打开磁盘→选择物理驱动器的“RM1: STC USB-Mass-Storage (512 KB, USB)”。
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之前在根目录里存放的“16.DZK”这个字库文件，通过WinHex可以看到文件系统的主引导记录MBR（也就是起始扇区）是否存于地址0x000000，这里没有。然后就是分区(volume)位于0x000000，分区包括引导扇区DBR和数据记录。双击打开分区，可以看到接下来的记录数据有根目录、16.DZK文件，以及未显示的文件分配表、保留扇区等等，后续的记录数据都从这个分区开始，故物理地址都得把分区的相对偏移加上MBR(这里为0x000000)。再点击“16.DZK”文件直接跳过去，看到相对偏移为0x007000，得出那个文件的实际绝对地址 =0x000000+0x007000 =0x007000。
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之前的镜像已经固定这个地址就在程序里直接调用即可，如果是自己复制文件到模拟U盘的话就在程序里改下那两个地址。接下来把实际地址给SPI_Read_Nbytes()函数进行调用，把32字节的字模数据读到缓存中即可。发送的地址为SPI flash的真实物理地址，跟是否有文件系统无关。
其它文件的存储与寻址也同理。关于FAT文件系统具体内容，可百度搜索了解下原理与数据结构，也可以搜索开源的ZNFAT、FATFS、SPIFFS等文件系统。有了这些基础，放几张图片和读取也容易了。接下来的一个帖子，会教你把这个字库文件在液晶屏上显示出来。
附件：
修改65-模拟U盘(Mass Storage Class)代码.rar
(26.91 KB, 下载次数: 99)
STC模拟U盘512KB带16x16字库镜像.rar
(212.31 KB, 下载次数: 79)
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+1楼主威武～
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发表于 2023-6-21 09:44:50
发表于 2023-6-21 13:42:36
感谢飞哥，一下格局打开了。以前都是习惯了用串口更新数据，现在换模拟U盘更新flash数据了
发表于 2023-7-2 22:32:33
