U盤容量大小造假技術手段實現之8M變4G(以STM32 SPI_FLASH為例)
以前經常聽別人說上某多或者某寶買便宜U盤的時候發(fā)現被坑，比如一個U盤大小是4GB，買回來到了手上插上PC端電腦顯示也是4GB，但是真正用的時候發(fā)現并沒有那么多，可能就只有那么幾百MB的大小，甚至是幾MB的大小，這些商家為了利益便會使用這樣投機的方法，其目的是榨取用戶的金錢；因此這樣的商家真的很無良。當然不止是U盤可以這么來造假，其實市面上很多產品存儲部分為了滿足招標參數可能也會這么來搞， 那么這種手段是怎么來實現的呢？我們簡單的用SPI_FLASH來模擬一下，揭露無良商家的丑陋的一面：
以下例程基于野火霸道秉火STM32開發(fā)板
關于開發(fā)板的詳細資料請使用野火大學堂進行下載：
1、使用STM32CubeMX建立一個基本工程
1.1 RCC時鐘配置
1.2 SYS配置
1.3 SPI配置(用于驅動W25Q64的SPI FLASH)
PA4在這里是片選引腳
1.4 調試串口配置
1.5 USB配置
1.6、Fatfs文件系統(tǒng)配置
1.7、按鍵配置
用于手動刪除扇區(qū)。
1.8、堆棧設置
2、移植SPI_FLASH驅動
開發(fā)板例程里有，我們直接復制過來簡單修改添加即可，詳細請下載文末例程。
3、讓FLASH適配fatfs以及USB MSC
3.1、Fatfs適配
先適配fatfs，首先打開user_diskio.c，然后添加spi_flash的頭文件，接下來填寫接口：
USER_initialize
USER_status
USER_read
USER_write
USER_ioctl
(1)USER_initialize接口
DSTATUS USER_initialize (
BYTE pdrv /* Physical drive nmuber to identify the drive */
)
{
/* USER CODE BEGIN INIT */
SPI_FLASH_Init(); return RES_OK ;
/* USER CODE END INIT */
}
這個很簡單，直接寫個SPI初始化函數然后返回RES_OK就行了。
(2)USER_status接口
DSTATUS USER_status (
BYTE pdrv /* Physical drive number to identify the drive */
)
{
/* USER CODE BEGIN STATUS */ return RES_OK;
/* USER CODE END STATUS */
}
不捕捉對應的狀態(tài)，直接返回RES_OK。
(3)DRESULT USER_read接口
DRESULT USER_read (
BYTE pdrv, /* Physical drive nmuber to identify the drive */
BYTE *buff, /* Data buffer to store read data */
DWORD sector, /* Sector address in LBA */
UINT count /* Number of sectors to read */
)
{
/* USER CODE BEGIN READ */
SPI_FLASH_BufferRead(buff, sector * 4096, count * 4096); return RES_OK;
/* USER CODE END READ */
}
實現對SPI FLASH的讀，由于野火的例程里讀FLASH這個接口不是說直接傳0,1,2,3...的編號就表示第0、1、2、3...個扇區(qū)，而是讀一個扇區(qū)，再讀下一個的時候需要偏移4096個字節(jié)(一個扇區(qū)的大小)才是下一個扇區(qū)，所以記得這里要乘上4096(一個扇區(qū)的大小)，就剛好是一個扇區(qū)，這個取決于驅動接口怎么寫，有些接口如果內部乘了4096，那么在這里就不需要乘以4096了。
(4)DRESULT USER_write接口
DRESULT USER_write (
BYTE pdrv, /* Physical drive nmuber to identify the drive */
const BYTE *buff, /* Data to be written */
DWORD sector, /* Sector address in LBA */
UINT count /* Number of sectors to write */
)
{
/* USER CODE BEGIN WRITE */
/* USER CODE HERE */
SPI_FLASH_SectorErase(sector * 4096);
SPI_FLASH_BufferWrite((BYTE *)buff, sector * 4096, count * 4096); return RES_OK;
/* USER CODE END WRITE */
}
寫的話需要先調用扇區(qū)擦除，再寫，這是SPI FLASH的特性，和讀接口一樣，這里也需要乘上4096。
(5)DRESULT USER_ioctl接口
DRESULT USER_ioctl (
BYTE pdrv, /* Physical drive nmuber (0..) */
BYTE cmd, /* Control code */
void *buff /* Buffer to send/receive control data */
)
{
/* USER CODE BEGIN IOCTL */
DRESULT res = RES_ERROR; if(pdrv != 0) return RES_PARERR;
switch(cmd)
{ case CTRL_SYNC:
res = RES_OK; break; case GET_SECTOR_COUNT:
// *(DWORD*)buff = 2048;
*(DWORD*)buff = 1048576 ; //4GB = 4 * 1024 * 1024KB / 4KB = 1048576個扇區(qū)
res = RES_OK; break; case GET_SECTOR_SIZE:
*(WORD*)buff = 4096;
res = RES_OK; break; case GET_BLOCK_SIZE:
*(DWORD*)buff = 1;
res = RES_OK; break;
default:
res = RES_PARERR; break;
} return res;
/* USER CODE END IOCTL */
}
GET_SECTOR_COUNT指的是獲取扇區(qū)的個數，這里我們需要把SPI FLASH的大小從8MB擴容到4GB，所以我們要計算一下4GB一共有多少個扇區(qū)，計算公式如下：
4GB = 4 * 1024MB = 4 * 1024 * 1024KB
總扇區(qū)數 = 4 * 1024 * 1024 KB / 4KB = 1048576
所以，直接把這個參數寫成1048576即可。
GET_SECTOR_SIZE指的是一個扇區(qū)的大小。
GET_BLOCK_SIZE指的是一個塊的大小，這里不需要，直接返回1。
參考官網文檔關于參數描述來實現即可：
2.2、USB MSC適配
打開usbd_storage_if.c，包含SPI_FLASH驅動的頭文件，然后實現如下接口即可：
STORAGE_Init_FS
STORAGE_GetCapacity_FS
STORAGE_Read_FS
STORAGE_Write_FS
STORAGE_Write_FS
(1)STORAGE_Init_FS接口
int8_t STORAGE_Init_FS(uint8_t lun)
{
/* USER CODE BEGIN 2 */ return (USBD_OK);
/* USER CODE END 2 */
}
直接返回OK即可，因為驅動已經在fatfs里初始化過了。
(2)STORAGE_GetCapacity_FS接口
#define W25Q64FV_FLASH_SIZE 0x800000 /* 64 MBits => 8MBytes */ #define W25Q128FV_SUBSECTOR_SIZE 0x1000 /* 4096 subsectors of 4kBytes */ int8_t STORAGE_GetCapacity_FS(uint8_t lun, uint32_t *block_num, uint16_t *block_size)
{
/* USER CODE BEGIN 3 */
//*block_num = W25Q64FV_FLASH_SIZE/W25Q128FV_SUBSECTOR_SIZE;
*block_num = 1048576 ;
*block_size = W25Q128FV_SUBSECTOR_SIZE; return (USBD_OK);
/* USER CODE END 3 */
}
這里的block_num指的是扇區(qū)的個數，直接把4GB的計算出來參數個數填寫在這里即可，block_size指的是一個扇區(qū)的大小，這里是4096。
(3)STORAGE_Read_FS接口
int8_t STORAGE_Read_FS(uint8_t lun, uint8_t *buf, uint32_t blk_addr, uint16_t blk_len)
{
/* USER CODE BEGIN 6 */
SPI_FLASH_BufferRead(buf,blk_addr*4096,blk_len*4096); return (USBD_OK);
/* USER CODE END 6 */
}
讀函數很簡單，直接實現即可。
(4)STORAGE_Write_FS接口
int8_t STORAGE_Write_FS(uint8_t lun, uint8_t *buf, uint32_t blk_addr, uint16_t blk_len)
{
/* USER CODE BEGIN 7 */
SPI_FLASH_SectorErase(blk_addr * 4096);
SPI_FLASH_BufferWrite(buf, blk_addr * 4096, blk_len * 4096); return (USBD_OK);
/* USER CODE END 7 */
}
寫函數，也是一樣，先擦除扇區(qū)再寫，但是注意了，如果復制進來的數據超過本身FLASH的大小，是會破壞分區(qū)表的。
(5)STORAGE_GetMaxLun_FS接口
int8_t STORAGE_GetMaxLun_FS(void)
{
/* USER CODE BEGIN 8 */
// return (STORAGE_LUN_NBR - 1); return 0 ;
/* USER CODE END 8 */
}
指的是操作一個設備，NBR此時為1。
4、實現業(yè)務邏輯
為了方便調試，實現printf的重定向:
//定義printf的重定向函數fputc，滿足串口調試打印
int fputc(int ch, FILE* file)
{
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)&ch, 1, 1000); return ch;
}
main函數里主要完成以下功能：
-
1、掛載SPI_FLASH
-
2、循環(huán)讀取按鍵狀態(tài)，手動刪除分區(qū)表后重啟
SPI_FLASH在第一次上電的時候里面是沒有任何東西的，我們可以選擇直接格式化或者在PC端格式化，但這里我采用的是直接在PC端進行格式化，所以直接掛載即可，失敗也沒事。
uint8_t Mount_Fatfs(void)
{
retUSER = f_mount(&USERFatFS, USERPath, 1); if(retUSER != FR_OK)
{ printf("spi-flash文件系統(tǒng)掛載失敗\r\n"); return 1 ;
} printf("spi-flash文件系統(tǒng)掛載成功\r\n"); return 0 ;
}
按鍵邏輯很簡單，當按下按鍵時，擦除SPI FLASH的第一個扇區(qū)，因為Fatfs的分區(qū)表就放在第一個扇區(qū)：
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */ if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_13) == GPIO_PIN_SET)
{
HAL_Delay(100); if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_13) == GPIO_PIN_SET)
{ printf("有按鍵按下...擦除第一個扇區(qū)，其實就是把FAT分區(qū)表刪掉了!\n");
SPI_FLASH_SectorErase(0); printf("即將重啟!\n");
HAL_NVIC_SystemReset();
}
}
}
main函數整體實現如下：
int main(void)
{
/* USER CODE BEGIN 1 */
/* USER CODE END 1 */
/* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
HAL_Init();
/* USER CODE BEGIN Init */
/* USER CODE END Init */
/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();
/* USER CODE BEGIN SysInit */
/* USER CODE END SysInit */
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_SPI1_Init();
MX_USART1_UART_Init();
MX_FATFS_Init();
MX_USB_DEVICE_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_Delay(2);
SPI_FLASH_Init();
/*掛載SPI FLASH*/
Mount_Fatfs();
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */ while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */ if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_13) == GPIO_PIN_SET)
{
HAL_Delay(100); if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_13) == GPIO_PIN_SET)
{ printf("有按鍵按下...擦除第一個扇區(qū)，其實就是把FAT分區(qū)表刪掉了!\n");
SPI_FLASH_SectorErase(0); printf("即將重啟!\n");
HAL_NVIC_SystemReset();
}
}
}
/* USER CODE END 3 */
}
5、運行結果
將程序編譯完下載到開發(fā)板上：
接下來我們需要手動格式化，點擊格式化磁盤
格式化的過程可能會比較久，耐心等一下，格式化成功后顯示如下：
接下來打開這個磁盤，放一個小于8MB的文件進去：
接下來將開發(fā)板斷電重啟：
由于我們在PC端進行了格式化，所以斷電重啟后提示的就是掛載成功了！接下來我們打開這個U盤，看到如下文件就已經被存儲在了SPI FLASH的Fatfs文件系統(tǒng)里了，并且可以正常打開瀏覽：
那如果我們復制一個超出FLASH大小的文件到盤里會怎么樣呢？？一樣可以復制進去，然后也一樣可以在PC端打開：
但是，斷電重啟之后就嘿嘿嘿了：
然后我們就會發(fā)現之前存進去的文件打開都是失敗的了，很顯然分區(qū)表已經被破壞了。
這個例程里我做了一個按鍵，用來恢復分區(qū)表，按下對應的按鍵重啟然后重新格式化即可；至此，我們成功的把8MB的FLASH擴容成了4GB(注意，感官上的4GB哈，不是真正的4GB)。
4、例程開源地址
本節(jié)代碼已同步到碼云的代碼倉庫中,獲取方法如下：
碼云倉庫：
https://gitee.com/morixinguan/personal-open-source-project/tree/master/7.usb_fatfs_msc_expansion
獲取項目方法：
git clone https://gitee.com/morixinguan/personal-open-source-project.git
我還將之前做的一些項目以及練習例程在近期內全部上傳完畢，與大家一起分享交流，如果有任何問題或者對該項目感興趣，歡迎加我微信：morixinguan一起交流學習。
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