基于STM32單片機和SDRAM的模擬U盤設計

重慶郵電大學光電工程學院 朱仁義 李泓成 張 遼

基于STM32單片機和SDRAM的模擬U盤設計

重慶郵電大學光電工程學院 朱仁義 李泓成 張 遼

介紹了通過STM32單片機和外掛SDRAM存儲器實現模擬U盤的設計，給出了系統電路原理圖和單片機模擬U盤的程序流程。單片機在工作過程中可以虛擬出一個USB存儲設備并將需要的數據傳輸給USB主設備。該方法可以與其他通信系統結合，實現對基于USB接口的設備的自動控制，具有良好的應用價值。

STM32F429；SDRAM；模擬U盤

1.引言

目前，USB標準接口[1]已成為通用的數據交換接口，應用廣泛。例如，市場上大型LED屏的驅動卡都可以通過USB接口外接U盤來獲取顯示數據[2]。然而，普通U盤數據只能通過人為更新，無法實時自動更新，因此需要一種無需人工干預的、可自動更新內容的U盤來進行驅動。類似的應用還有很多。

本文設計的方法可以通過微控制器STM32模擬U盤數據，并動態更改其內容，從而為自動更新U盤數據的應用提供了參考。

系統采用意法半導體公司開發的基于Cortex-M4內核的新型32位微控制器STM32F429x作為主控芯片。該芯片內部集成了全速USB OTG設備接口模塊和靈活的可變存儲控制器 (FMC) ，單芯片即可完成設計任務，避免了復雜的接口電路設計，有效地降低了系統接口的復雜度和系統開發的難度，在很大程度上提高了系統的穩定性。該系統體積小巧、簡單易用，能夠實現類似U盤的讀寫操作。

2.系統硬件設計

根據系統的功能需求，系統結構圖如圖1所示，主要包括：USB接口、數據存儲SDRAM模塊、USB OTG通信模塊、時鐘和復位電路、降壓電路等。工作流程如下：系統通過USB接口接到主機后獲得5V電源，微控制器STM32對硬件設備進行初始化，通過內部USB硬件控制器來完成USB設備的枚舉工作。

圖1 系統結構圖

2.1 SDRAM接口電路

虛擬U盤的存儲介質采用同步動態隨機存儲器SDRAM[3]，芯片選擇IS42S16400J，該芯片容量8MHz，頻率143MHz，速度達到7ns，工作溫度范圍-40°-80°，滿足工業場合的應用要求。其容量大小也滿足大多數LED屏的需求。

STM32F429內部集成有FMC（Flexible Memory Controller）可變存儲控制器，可以用于驅動包括SRAM、SDRAM、NOR FLASH以及NAND FLSAH類型的存儲器，通過STM332F429內部集成的可變存儲控制器驅動外部SDRAM，降低了系統復雜度，提高了可靠性。

2.2 降壓電路

系統通過USB接口供電，外部主機設備為系統提供5V電壓，通過降壓芯片AMS1117-3.3得到微控制器STM32的3.3V供電電壓。AMS1117-3.3是一個正向低壓降穩壓器，固定輸出電壓3.3V，精度達到1%，內部集成過熱保護和限流電路，輸出電流可以達到1A，滿足本系統的電源要求。降壓電路如圖2所示。

圖2 降壓電路

2.3 USB接口電路

系統的數據交換通過USB接口實現，STM32F429內部集成OTGFS控制器和OTG-HS控制器，本文采用OTG-FS控制器[4-5]，傳輸速度達到12Mb/s，符合應用要求。USB接口電路如圖3所示。USB的差分數據線D+與D-都串接了22歐匹配電阻，提高了抗干擾能力，D+信號線接1.5K歐上拉電阻到5V，將被主機識別為高速設備。

圖3 USB接口電路

圖4 系統總體程序流程圖

3.系統軟件設計

設備的固件程序設計主要包括：系統時鐘配置、FMC模塊配置和USB OTG模塊配置?？傮w流程如圖4所示，系統在通過USB線連接外部主機設備后即上電復位，初始化外圍設備并配置系統時鐘，其中特別注意USB時鐘需配置成48MHz，否則模擬U盤無法被主機正確識別。系統在完成FMC配置以及USB OTG配置后進入U盤模式，USB設備枚舉成功被主機正確識別后即可實現類似U盤的讀寫功能。

意法半導體公司提供了32位STM32F429x系列MCU的固件庫[6]。該固件庫包含了FMC和USB在內的各種功能模塊的軟件使用接口，使用該固件庫可以有效節省用戶產品的開發和調試時間。本系統關鍵的FMC模塊USB OTG模塊配置程序均采用了官方固件庫。

4.結論

本系統連接電腦后能被正確識別為u盤，能夠完成文件的復制刪除等操作。由于SDRAM的數據掉電丟失特性，不能作為真正的U盤使用。作為LED驅動卡的數據U盤是本系統的應用之一，微控制器STM32將LED屏顯示文件直接寫入SDRAM后即更新LED屏顯示內容，為無線傳輸數據來更新LED屏內容的應用提供了參考。

[1]陳源,裘正定.基于嵌入式系統的USB接口的設計[J].計算機工程與應用,2004,40(7):110-111.

[2]鮑海軍.單片機控制led顯示屏u盤控制系統:CN,CN 2840191 Y[P].2006.

[3]鄧耀華,劉桂雄,吳黎明.高速SDRAM控制器的嵌入式設計[J].計算機工程,2010,36(16):216-218.

[4]龔躍玲,汪玲彥.基于STM32的USB OTG數據通信的實現[J].微型機與應用,2011,30(10):32-34.

[5]方旭.基于STM32處理器的兩種USB通信方法的實現[J].科技信息,2010(21):574+595-596.

[6]張明華.基于固件庫的STM32F107的程序設計方法探討[J].數字技術與應用,2014(12):171-171.

朱仁義（1993—），浙江人，碩士研究生，現就讀于重慶郵電大學。