基于USB MSC协议的SPI SD NAND数据免拆读取实现方案

针对具体硬件（STM32F103C8T6 + SPI模式SD NAND），要实现“插USB线即显示为U盘”的功能，完全可行，但需要对你的设备进行硬件改造和软件开发。这并非一个简单的模式切换，而是要让单片机变身为一台“读卡器”。

实现的核心架构如下图所示，它展示了如何将现有的数据记录设备改造为一个复合设备：

硬件改造：增加USB通信接口

这是基础，必须修改你的设备电路板。

1. 增加USB接口：在PCB上添加一个Micro-USB或USB Type-C插座。

2. 连接单片机：将USB插座的D+(PA12)、D-(PA11)信号线连接到STM32F103C8T6对应的专用引脚上。

3. 关键上拉电阻：必须在D+信号线上连接一个1.5KΩ的上拉电阻到3.3V。这是USB设备被主机（电脑）识别的关键信号。

4. 供电设计（重要）：妥善处理USB的5V电源(VBUS)。建议用于检测USB插拔事件，并设计电源路径管理，防止电脑USB和设备电池供电冲突。

软件实现：让单片机模拟U盘

软件部分是核心工作，需要在现有数据记录程序中集成USB大容量存储设备(Mass Storage Class, MSC)协议栈。

• 获取基础工程：在ST官方提供的STM32CubeMX工具和固件库中，找到基于STM32F103的USB设备MSC例程。这是你的起点。

• 修改驱动层：例程通常使用内部Flash模拟U盘。你需要修改其底层读写接口，替换为指向你的SPI SD NAND驱动。这需要你实现MAL_Read和MAL_Write等函数。

• 集成文件系统：确保你的SPI SD NAND驱动上已稳定运行FatFS等文件系统，这是U盘能被Windows/Mac直接识别的关键。

实现工作模式切换：这是实现“即插即用”体验的关键。你需要设计程序逻辑，在检测到USB插入时，安全地从“记录模式”切换到“U盘模式”。

• 检测：通过VBUS引脚或USB库事件检测USB连接。

• 切换：

• 安全卸载：暂停数据记录任务，确保所有文件操作完成，关闭文件系统。

• 初始化USB MSC：启动USB协议栈，电脑将枚举到一个新的U盘。

• 恢复记录：USB断开后，卸载USB协议栈，重新挂载文件系统，恢复数据记录任务。

两种切换策略对比

为了帮助你选择，这里将两种主要的切换策略进行对比：

实施要点与提醒

• 芯片限制：STM32F103的USB是全速(12Mbps)，文件传输速度远低于高速读卡器，但对读取记录数据通常足够。

• 内存与时钟：启用USB会占用一定RAM和CPU资源，需检查现有程序资源是否充足。

• 堆栈设置：USB协议栈需要较大的栈空间，编译时需相应调整（如增至4K）。

• 文件系统安全：模式切换时必须安全卸载文件系统，防止SD NAND数据损坏。

• 参考现有方案：可以参考一些开源项目（如“USB读卡器”方案），它们已经实现了类似功能，能极大降低开发难度。

总的来说，实现此功能需要你同时具备硬件改板和嵌入式软件开发的能力。如果你的团队具备这些条件，这将是一个一劳永逸的优雅解决方案。

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