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简介：面向 STM32 嵌入式开发者的 USB 复合设备工程资源，以 F103C8T6 为平台实现 CUSTOMHID 与 MSC 复合。端点分配合理：EP0 负责枚举，EP1 作键盘，EP2 作鼠标并支持绝对与相对模式，EP3 作 MSC，还提供官方 demo 和 FAT16 两个版本，结构为双端口。针对部分主机在 boot 启动模式下不请求报告描述符、导致键鼠失效的情况，作者优先采用键鼠分接口设计，使兼容性明显提升；整套方案可扩展到 HID+MSC、CDC+MSC、HID+CDC 甚至三复合，对 STM32F1/F4/F0 均有参考意义。资源包共含 1420 个文件，以 854 个 C 源码、274 个头文件为主，另有汇编、链接脚本、IAR/Keil 工程配置、文本资料与 PDF 文档，整体 22.53MB，目录组织便于学习和移植。已有 833 人学习。通过该工程可以掌握复合设备枚举流程、多接口配置、FAT16 MSC 存储实现，并获取移植与排错经验，适合中高级嵌入式工程师和 USB 协议学习者。 拿到这个F103C8T6_USB_CUSTOMHID+MSC.rar的工程，我的第一反应是：这可比那些烂大街的USB鼠标键盘示例有价值多了。F103C8T6这颗芯片在USB开发里被用得够多，但能把自定义HID和**MSC（Mass Storage Class）**复合到一根USB线上，让设备既能当私有通信通道，又能被上位机当成U盘直接读写，很多刚入门的朋友在这里卡了不止一两天。我当初调这个复合设备时，从描述符长度算错到端点分配撞车，再到Windows下驱动加载异常，前前后后折腾了一整个周末。这篇文章就把整套方案从头拆一遍，告诉你该怎么做、为什么这么做，以及出了问题怎么排查。

1. 项目概述：一根USB线上同时跑HID和U盘

1.1 这个RAR压缩包里到底是什么

先澄清一个词：这里的MSC不是Windows那个“Microsoft管理控制台”，而是USB协议里的大容量存储设备类。自定义HID呢，也不是键盘鼠标那种标准HID——标准HID会被系统当成输入设备劫持，而自定义HID走的是厂商标识用法页（Vendor-Defined Usage Page），数据完全由你的上位机软件解释，Windows不会乱动。

一个典型的复合设备工程，解压后会看到大致这样几块内容：MDK-ARM工程文件、CubeMX生成的初始化代码、USB设备库（HID类、MSC类）、描述符文件，以及一个充当U盘存储介质的RAM盘实现。编译烧录进F103C8T6之后，插上USB线，电脑端会枚举出两个独立节点：一个是“HID兼容设备”，另一个是“大容量存储设备”。两个节点共用同一根USB线、同一个芯片，但互不干扰。

这种方案的实战价值很明显。比如一个工控采集盒，上位机可以通过HID通道下发采集指令、读取实时状态，同时MSC通道暴露一个U盘，用户拔插USB就能拷走日志文件，或者把配置文件拖进来完成参数更新。一个USB口解决了通信和存储两件事，省掉了额外的串口线和读卡器。

1.2 为什么都在拿F103C8T6做USB设备

STM32F103C8T6算是USB从设备开发里性价比最高的选择之一。它内置一个USB 2.0 Full Speed设备外设，不支持OTG，只能做从机，但做HID和MSC完全够用。外围电路简单，资料多到泛滥，最小系统板几十块钱，坏了也不心疼。

把它和另外两颗常见芯片放在一起对比会更清楚：

F103这颗芯片的坑也有，最典型的就是USB必须使用48MHz时钟，少一步配置枚举必然失败。另外一个限制是它只有一个USB设备控制器，所以复合设备不是“两个USB设备插在一起”，而是“一个配置描述符里声明多个接口”。这个逻辑在后面章节会重点展开。

2. 描述符与协议：复合设备的关键拼图

2.1 枚举阶段，USB设备怎么“自我介绍”

USB主机（你的电脑）在设备插入后做的第一件事叫枚举。设备通过一组结构化的描述符告诉主机“我是谁、有几种功能、要用哪些端点”。复合设备的难点全在这个“自我介绍”环节。

整个枚举过程看起来有点像面试：主机先发一个Get_Descriptor(Device)，设备返回18字节的设备描述符，里面包含VID、PID、bcdUSB版本和设备类别。主机确认设备基本靠谱后，会分配一个地址，再请求配置描述符。配置描述符是复合设备的重点——它不是一个独立结构，而是把“配置描述符+接口描述符+类描述符+端点描述符”一整套数据打包返回。HID+MSC这种双接口设备，需要在配置描述符里按顺序排列两个接口，主机拿到后就会按接口分别加载驱动。

关键字段可以这样理解：

这里最容易翻车的点是配置描述符的总长度。一旦你往配置里加了第二个接口，总长度就要重新算，少一个字节、多一个字节，主机都可能直接报“设备描述符请求失败”。而且这种问题用肉眼看很难看出来，后面我会说怎么用抓包工具定位。

2.2 端点的分配方案

F103的USB设备控制器提供1个控制端点EP0加7组普通端点，但每组只能单向使用。也就是说EP1 IN和EP1 OUT在物理上是两个方向，但不能在一个方向上同时注册两个端点。复合设备为了让两个接口互不干扰，必须做好端点规划。

我个人验证下来比较稳的分配方案是这样的：

HID用中断端点，因为需要保证低延迟，F103全速模式下中断端点轮询间隔最小可以做到1ms，实际代码里经常填10ms，够用。MSC用批量端点，不在乎实时性，但要求数据吞吐，批量传输全速下单方向最大理论带宽约1.2MB/s，做小文件交换没问题。

还有一点必须注意：F103的USB DMA缓冲区（PMA）有对齐要求，端点缓冲地址通常要4字节对齐。很多朋友把缓冲数组定义得很随意，结果高负载传输时偶尔丢数据，就是这个原因。

3. 从CubeMX到代码：如何跑起来

3.1 先把时钟和工程底子打好

我用CubeMX搭建最基础工程时，第一步永远是确认时钟树。F103C8T6的USB模块需要48MHz，但系统时钟通常是72MHz，所以必须经过分频器处理。假设外部晶振是8MHz，配置为 PLL×9 得到72MHz，USB时钟预分频选择 /1.5，正好得到48MHz。

CubeMX中需要勾选USB外设并选择Device模式，然后手动核对Clock Configuration页面里USB时钟是否为48MHz。这一步没做对，后面全是白费——设备会表现为插上没反应，或者偶尔识别一次就掉线。

提示：很多最小系统板不会把USB_DISCONNECT引脚引出来单独处理，但F103芯片内部的DP上拉控制是依赖这个机制的。自制板子时建议参考ST参考设计，不要在DP/DM线上额外并联1.5k上拉电阻，否则上拉电流过大会导致信号畸变。

工程生成后，把USB设备类代码加入工程。如果你用的CubeMX版本支持直接在中间件里选择Composite Device，那会省事很多；不支持就手动把HID和MSC两个类的源文件都加进工程，然后修改描述符文件，把它们拼进同一个配置描述符。我第二次做的时候，反而更习惯手动拼——毕竟自动生成的描述符往往带着一堆用不到的内容，手动拼能清楚知道每段在干什么。

3.2 自定义HID的报告描述符

HID类和其他USB类最大的区别，是它多了一个报告描述符。报告描述符不是给主机看的配置信息，而是“数据格式说明书”——告诉系统你的报告里有多少个字节、每个字节怎么解释。自定义HID要做的就是声明一个Vendor Defined的用法页，这样Windows就不会把你的设备误认成鼠标或键盘。

这里有一个比较标准的64字节输入+64字节输出的报告描述符示例，可以直接用在工程里：

0x06, 0x00, 0xFF, // Usage Page (Vendor Defined 0xFF00) 0x09, 0x01, // Usage (0x01) 0xA1, 0x01, // Collection (Application) 0x09, 0x02, // Usage (Input data) 0x15, 0x00, // Logical Minimum (0) 0x26, 0xFF, 0x00, // Logical Maximum (255) 0x75, 0x08, // Report Size (8) 0x95, 0x40, // Report Count (64) 0x81, 0x02, // Input (Data, Var, Abs) 0x09, 0x03, // Usage (Output data) 0x15, 0x00, // Logical Minimum (0) 0x26, 0xFF, 0x00, // Logical Maximum (255) 0x75, 0x08, // Report Size (8) 0x95, 0x40, // Report Count (64) 0x91, 0x02, // Output (Data, Var, Abs) 0xC0 // End Collection

这个报告描述符可以配合专门的HID Descriptor Tool生成，工具会把每一个字节的含义列出来，方便检查。注意Usage Page必须是0xFF00或0xFFxx，如果填成标准用法页，Windows大概率会尝试用鼠标或键盘驱动去解析，结果就是设备行为莫名其妙。

还有一个容易踩的坑：报告长度要和端点描述符的wMaxPacketSize一致。如果端点配置成64字节，报告描述符里却声明128字节，主机很可能会拒绝加载驱动。

3.3 MSC的Bulk-Only协议与RAM盘

MSC类走的是Bulk-Only Transport，简单说就是命令块（CBW）、数据、状态块（CSW）三阶段的循环。主机下发一个31字节的CBW，里面包含SCSI命令，设备执行完返回数据，最后回一个13字节的CSW告诉主机“我执行成功/失败”。整个SCSI命令集合里，要让Windows把设备识别成可用的U盘，至少要实现下面几条：

switch (cbw->CBWCB[0]) { case 0x00: // TEST UNIT READY break; case 0x12: // INQUIRY memcpy(data, "F103 MSC\0\0\0\0\0\0\0\0", 36); break; case 0x23: // READ FORMAT CAPACITIES break; case 0x25: // READ CAPACITY // 返回扇区数-1 + 扇区大小512 break; case 0x28: // READ(10) memcpy(data, ramdisk + lba * 512, length); break; case 0x2A: // WRITE(10) memcpy(ramdisk + lba * 512, data, length); break; }

这个框架看起来不复杂，但真正写起来有大量细节：CBW和CSW里的dCBWSignature分别是USBC和USBS的ASCII码，Tag要认真回填，Residue要正确计算剩余未传输字节数。任何一项错了，主机都可能认为设备异常。

最快跑通MSC的方式是使用RAM盘——在内存里定义一个全局数组当作U盘存储介质。建议容量不要太小，我习惯用512字节×1024块，也就是512KB，Windows基本都能正常识别和格式化。注意F103C8T6只有20KB RAM，所以你不可能真的在RAM里放一个512KB数组。实际存在内部Flash或外部SPI Flash更合理。这里RAM盘方案主要用于验证协议逻辑，真做产品就得往Flash上搬了。

注意：如果用内部Flash当U盘存储，要考虑擦写寿命和页大小。内部Flash按页擦除，一页通常是1KB或2KB，每次写入前要做擦除和读改写处理，不能直接按512字节扇区写。这也是为什么量产方案更倾向于外挂SPI Flash或TF卡。

4. 踩坑与排查：问题往往藏在这些细节里

4.1 用USB抓包看枚举过程

调USB复合设备，最应该学会的就是抓包。Windows下常用的工具是Bus Hound和USBlyzer，免费方案可以用Wireshark加USBPcap。抓包不需要多高深，关键是会看枚举阶段的Setup包和描述符返回。

具体操作是：打开抓包工具，选择USB控制器，点击开始，然后插入设备。抓到的第一个完整流程就是枚举过程。重点看这几个地方：

• GET_DESCRIPTOR(Device)请求，返回的bLength是不是18，bMaxPacketSize0是不是0x40。
• SET_ADDRESS之后，主机会重新请求设备描述符，再请求配置描述符。
• GET_DESCRIPTOR(Configuration)返回的总长度，是否和你代码里写的配置描述符总长度一致。
• HID类接口的GET_DESCRIPTOR(HID Report)是否能正常返回报告描述符。

我遇到过一次很典型的情况：设备始终显示为“未知设备”，代码翻来覆去查不出问题，抓包一看，配置描述符总长度比实际少了1个字节，主机提前结束读取，后面所有数据都乱了。这种问题靠编译器和调试器根本看不出来，但抓包一眼就能定位。

4.2 常见故障速查表

把我在实际调试中遇到的高频问题整理成一张表，按这个顺序排查能省很多时间：

还有一个经验之谈：不要在产品开发初期就追求“一次复合成功”。我的习惯是先单独调HID，再单独调MSC，最后拼到一起。这样出了问题能确定是哪个环节引入的，不会因为两个类互相干扰而无从下手。

5. 后续扩展：把复合设备做得更实用

5.1 RAM盘换成SPI Flash，做成真正的板载U盘

RAM盘用来验证协议可以，但掉电数据就没了，容量也受RAM限制。更实际的做法是外挂一颗W25Q64（8MB）或W25Q128（16MB） SPI Flash，通过SPI接口接在F103上，再把MSC的读写回调从memcpy改成Flash读写。

这个过程中最麻烦的是写保护和擦写方式。SPI Flash写入前必须擦除，擦除粒度是4KB扇区。主机下发一个512字节的写请求，你可能要先读出一个4KB扇区，把512字节合并进去，再整块擦除重写。这类操作建议用FatFS处理，把MSC暴露的逻辑块和Flash物理扇区之间的映射关系理顺。

另外，SPI Flash上电后第一次插入电脑，Windows会提示“需要格式化磁盘”，这是正常的。你可以在MCU侧预置一个FAT12/FAT16镜像，也可以直接让Windows格式化。后者更省事——只要SCSI命令实现正确，Windows格式化后就能正常读写。

5.2 再加一个CDC虚拟串口，变成三合一

HID+MSC已经能覆盖很多场景，但调试时如果还要另接一个USB转串口（比如FT232R），体验就差了。可以在现有工程里再加一个CDC类虚拟串口，变成HID+MSC+CDC三合一设备。

加入CDC类后，配置描述符里就有了三个接口。CDC由“通信接口+数据接口”组成，需要用**接口关联描述符（IAD）**告诉Windows这是一组设备，否则Windows可能把通信接口和数据接口识别成两个独立设备。这也是CDC复合设备最常见的问题：看到两个带感叹号的未知设备，就是缺了IAD。

不过要提醒一句：F103C8T6只有64KB Flash、20KB RAM，代码空间和内存都很紧张。三个USB类同时启用后，Flash可能占到接近一半，再叠加应用逻辑和协议栈，就要考虑换F103RCT6或者F105了。我做完三合一之后，明显感觉到编译镜像变大，RAM盘和缓冲区都要省着用。

这个项目最值钱的地方不在代码本身，而在于“把链路打通”的过程。我刚做复合设备时，HID单跑、MSC单跑都好好的，一拼到一起就只剩下U盘，HID节点死活不出来。后来抓包才发现，配置描述符总长度算错了，导致主机在读取接口描述符时提前结束。从那以后我养成了一个习惯：遇到USB识别异常，先抓包，再看代码。代码里的逻辑问题可以靠Debug，但协议层面的握手异常，只有看“线上数据”才能确认。最后再分享一个小技巧：调试复合设备时，准备一个USB HUB和设备供电分开的测试环境，能显著减少供电不稳导致的假故障。

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