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简介：面向STM32 USB复合设备开发者的完整参考工程，基于F103C8T6实现CustomHID与MSC的复合，全部端点采用双端口配置：EP0负责枚举，EP1/EP2分别承载键盘与鼠标（支持绝对/相对模式），EP3挂载MSC设备，并同时提供官方demo版和默认的FAT16版本。针对部分主机在枚举阶段处于boot启动模式时不请求报告描述符、导致键鼠失效的问题，作者将键鼠拆分为不同接口，为工业级主机兼容性提供了实际解决思路；该方案还可平移到F1/F4/F0等系列，用于HID+MSC、CDC+MSC、HID+CDC甚至三复合场景。压缩包共1420个文件，约22.53MB，以854个C源码和274个头文件为主体，附有汇编、编译中间产物、uvprojx工程配置、hex/axf固件及PDF说明等，便于直接打开工程对照学习。已有839人学习浏览，适合正在调试USB枚举、想了解CustomHID多接口复合或需要移植键盘鼠标存储三合一方案的嵌入式工程师。

1. 从一块小蓝板到 USB 复合设备：F103C8T6 的 CUSTOMHID+MSC 能解决什么问题

手里只有一片 STM32F103C8T6（就是常说的 C8T6 小蓝板），却想同时实现「USB 免驱通信 + 可挂载 U 盘」两个功能，很多人第一反应是换主控，实际上这颗芯片的 USB 外设完全够用。F103C8T6_USB_CUSTOMHID+MSC.rar 这个资源包做的正是这件事：把 USB 枚举成 Custom HID 和 MSC 的复合设备，同一根 USB 线既能收发自定义报表，又能被系统识别为存储设备，适合做数据记录器、加密配置工具、固件升级器这类需要人机交互和文件导出同时存在的场景。我把它完整拆了一遍，从描述符结构到中断处理，再到调试时最容易翻车的细节，全部落到可复盘的步骤里。

2. 复合设备的底层逻辑：为什么一个 USB 端点能同时跑 HID 和 MSC

2.1 USB 描述符是设备的身份证：HID 和 MSC 如何挤进同一棵描述符树

要让 PC 认为 USB 另一端是一个复合设备，不是把两套代码拼在一起就行，关键在于描述符的组织方式。USB 设备用一套层级描述符告诉主机「我是什么」，从上到下依次是设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符。HID 和 MSC 能共存，本质上是同一个配置描述符下面挂了多个接口描述符，每个接口描述符声明了自己的类代码、子类代码和协议代码，主机看到不同接口就分别加载对应驱动。

这里有个关键参数：设备描述符里的 bDeviceClass 必须设置为 0xEF、bDeviceSubClass 设为 0x02、bDeviceProtocol 设为 0x01，这组值声明「本设备是复合设备，接口各自独立」。如果不这样设，Windows 对多接口设备的识别会出现兼容问题。在 F103C8T6 的工程里，这段配置通常在 usb_desc.c 中的 DeviceDescriptor 数组里改，默认值是 0x00 表示每个接口自己决定类，但复合设备场景下我一般直接改成 0xEF/0x02/0x01，实测对 Windows 7/10/11 都稳定。

接口描述符部分，第一个接口声明为 HID 类（bInterfaceClass = 0x03），第二个接口声明为 MSC 类（bInterfaceClass = 0x08）。HID 接口下还带一个 HID 描述符，里面声明了 report 描述符的长度和数量；MSC 接口则不需要额外描述符，它靠端点类型和类特定命令（CBW/CSW）工作。这套结构可以用一个简化表来说明：

F103C8T6 的 USB 外设只有 16 个端点寄存器（EP0-EP7 各分 IN/OUT），但复合设备只需要 EP0（控制传输）、一个 HID 中断端点、两个 MSC 批量端点，完全在硬件能力范围内。要注意的是，端点地址分配不是任意的：HID 的中断 IN 端点建议用 0x81，中断 OUT 端点可选或不用（很多 HID 只用 IN 上报），MSC 的批量端点用 0x82 和 0x02，端点号不能和 HID 冲突，否则枚举时主机收到的端点描述符会错乱。

2.2 选型对比：用 C8T6 做复合，和 ZET6、F407 差在哪

很多人在选型阶段犹豫：要不要换更大容量的 F103ZET6，或者直接上带 USB OTG HS 的 F407。从 USB 复合设备的角度看，C8T6 的 USB_FS（全速 12Mbps）完全够跑自定义 HID 和 MSC，而且这两个类对带宽的需求都不算激进。HID 中断传输每毫秒一帧，每帧最多 64 字节；MSC 批量传输虽然可以独占带宽，但实际读写速度受限于存储介质——如果用 SPI Flash 模拟 U 盘，瓶颈在 SPI 时钟而不是 USB。

C8T6 和 ZET6 在 USB 模块上没有本质区别，都是同一个 USB_FS 外设，只是 Flash 容量和引脚数量不同。F407 的差别就大了：它带 USB OTG HS，支持高速 480Mbps，但代价是软件栈复杂度翻倍，而且 HS 模式通常需要外接 ULPI 芯片，成本和布线难度都上去了。做复合设备这种轻量级场景，C8T6 是性价比最高的选择——64KB Flash 里塞下 USB 协议栈和 HID/MSC 处理逻辑，编译完通常只占 60% 左右，腾挪空间足够。

有一个容易被忽略的硬件差异：C8T6 的 USB 外设没有独立的 DMA 能力（F407 的 OTG 有专用 DMA），所有端点数据搬运都靠中断服务函数逐字处理。这对复合设备的影响在于：中断处理函数里不能做耗时长的操作，比如不能在 USB 中断里直接擦写 SPI Flash，否则会拖垮枚举时序。资源包里的做法是中断里只做数据拷贝和标志置位，实际 Flash 操作放到主循环或低优先级任务里，这个设计思路对 C8T6 这种小资源芯片至关重要。

2.3 官方库与手写栈的差异：这个资源包为什么能省时间

STM32F103 的 USB 开发路径主要有三条：ST 标准外设库自带的 USB-FS-Device 开发包（老的 USB 库）、STM32Cube 系列里的 USB Device 中间件（HAL 驱动）、以及完全手写的寄存器级协议栈。这个资源包用的是 ST USB-FS-Device 库的改造版，在 usb_conf.h 和 usb_desc.c 里做了定制，把 HID 和 MSC 两类设备组合进了同一套描述符和管理逻辑。

为什么不用 HAL 库？HAL 的 USB Device 中间件在双类复合设备上配置起来比较繁琐，需要改 usbd_desc.c 里描述符数组，还要手动管理两个类实例的回调注册。而老的 FS-Device 库结构简单：一个 usb_prop.c 处理设备状态机，usb_endp.c 处理端点中断和数据收发，usb_desc.c 负责描述符，每个文件职责单一，改起来直观。对于 C8T6 这种单核小资源芯片，老库生成的代码更紧凑，中断延迟也更小。资源包里已经改好的描述符和端点处理代码，能省掉至少一周的移植调试时间，拿到工程后第一件事不是读全部源码，而是先看 usb_conf.h 里的宏定义，把端点数量和缓冲区大小确认清楚。

3. 资源包拆解：从工程目录到 CUSTOMHID 和 MSC 的关键实现

3.1 工程目录速览：哪些文件能删，哪些碰不得

解压 F103C8T6_USB_CUSTOMHID+MSC.rar 后，核心目录结构如下（以 Keil 工程为例）：

USB_CUSTOMHID_MSC/ ├── User/ │ ├── main.c │ ├── usb_desc.c │ ├── usb_prop.c │ ├── usb_endp.c │ ├── usb_pwr.c │ ├── usb_istr.c │ └── hw_config.c ├── Libraries/ │ ├── CMSIS/ │ └── STM32F10x_StdPeriph_Driver/ └── Project/ └── USB_CUSTOMHID_MSC.uvproj

第一次看这个结构，最容易踩的坑是把 usb_istr.c 当成无关文件删掉。实际上 USB 中断服务函数 USB_Istr() 就定义在里面，它负责在 USB 中断触发时分发到各种事件处理：EP0 的 setup 包、端点的收发完成、总线复位、挂起唤醒。usb_prop.c 是设备状态机，处理 RESET、SUSPEND、CONFIGURED 等状态迁移；usb_endp.c 是端点中断的最终处理；hw_config.c 是硬件相关配置，包括 USB D+ 上拉电阻的 GPIO 初始化、时钟配置、以及 Set_System/Enter_LowPowerMode 这类钩子函数。五个文件改一个都可能让设备无法枚举，都需要保留。

main.c 里通常只有三件事：初始化时钟和 GPIO、调用 USB_Init()、在主循环里根据需要调用自定义 HID 上报函数。资源包在 main.c 里预留了按键和 LED 控制代码，HID 报表里有 1 个字节可以用作按键回传，MSC 部分对应一片 W25Q16 SPI Flash（2MB 容量）。如果你手头的 SPI Flash 型号不是 W25Q16，需要改的不是 USB 代码，而是 hw_config.c 里的 SPI 初始化参数和容量描述，这个后面细说。

3.2 CUSTOMHID 描述符与端点缓冲：从配置到数据上报

自定义 HID 和普通 HID 的区别在于 report 描述符由开发者自己定义，主机不解析具体含义，只按描述符里的长度收发字节流。这个资源包里的 HID 采用最小配置：一个 IN 端点（设备到主机），上报长度为 8 字节，用于把设备状态、按键值或传感器数据传给 PC。PC 端如果想发数据给设备，需要额外配 OUT 端点，这里没开，因为大多数自定义 HID 工具场景只需要设备主动上报。

usb_desc.c 里 HID 部分有一个关键数组：

const uint8_t HID_ReportDesc[] = { 0x06, 0x00, 0xFF, // Usage Page (Vendor Defined 0xFF00) 0x09, 0x01, // Usage (0x01) 0xA1, 0x01, // Collection (Application) 0x15, 0x00, // Logical Minimum (0) 0x26, 0xFF, 0x00, // Logical Maximum (255) 0x75, 0x08, // Report Size (8 bits) 0x95, 0x08, // Report Count (8) 0x09, 0x01, // Usage (0x01) 0x81, 0x02, // Input (Data, Var, Abs) 0xC0 // End Collection };

这段描述符定义了 8 个 8 位字段共 8 字节的输入报表，Usage Page 用的是厂商自定义页 0xFF00，而不是标准桌面页，这样 Windows 不会把它当成鼠标或键盘去解析。每行注释里的值不是随便填的，比如 0x75 是报表位宽 8 位（字节为单位），0x95 是字段数量 8，两者相乘正好是 8 字节。如果你想改上报长度，比如改成 64 字节，需要同时改这里 Report Count 和 usb_conf.h 里的端点缓冲区大小，只改一处编译能过但报文会错位。

数据上报的入口在 usb_endp.c 里，核心是一个端点写函数：

uint8_t HID_Report_Buffer[64]; // 上报数据缓冲区 void HID_SendReport(uint8_t *data, uint8_t len) { uint8_t i; for (i = 0; i < len; i++) { HID_Report_Buffer[i] = data[i]; } // 向 IN 端点 1 写入数据，触发上报 User_Usb_Write(EP1_IN, HID_Report_Buffer, len); }

User_Usb_Write 是库提供的端点写入函数，参数依次是端点号、数据指针、长度。传入的 len 不能超过描述符里定义的 8 字节（或你改成的新值），否则端点缓冲会溢出，表现为主机端收到错误数据或者设备死机。主循环里调用 HID_SendReport() 的频率要受 USB 帧周期约束，全速设备每毫秒一个帧，所以理论上限是 1000 次/秒，实际建议留 30% 裕量，控制在 500Hz 以下比较稳。

3.3 MSC 部分：以 SPI Flash 模拟 U 盘的完整数据流

MSC 设备实现的核心是响应主机的 SCSI 命令，包括 INQUIRY、READ CAPACITY、READ(10)、WRITE(10)、TEST UNIT READY 等。资源包里用 W25Q16 SPI Flash 作为存储介质，把 Flash 的块读写映射到 SCSI 的扇区读写。F103C8T6 的 SPI1 挂载 Flash，映射关系如下表：

MSC 读写函数在 usb_prop.c 底部（或单独文件 msc_media.c），核心是读写回调：

uint32_t MSC_MEDIA_READ(uint8_t *pbuf, uint32_t blk_addr, uint16_t blk_len) { uint32_t i; for (i = 0; i < blk_len; i++) { SPI_Flash_Read(pbuf + i * 512, (blk_addr + i) * 512, 512); } return MSC_MEDIA_SUCCESS; } uint32_t MSC_MEDIA_WRITE(uint8_t *pbuf, uint32_t blk_addr, uint16_t blk_len) { uint32_t i; for (i = 0; i < blk_len; i++) { SPI_Flash_Erase_Sector((blk_addr + i) * 512); // 先擦除 SPI_Flash_Write(pbuf + i * 512, (blk_addr + i) * 512, 512); // 再写入 } return MSC_MEDIA_SUCCESS; }

这段代码有个必须知道的坑：SPI Flash 写之前必须先擦除，而 W25Q 系列的擦除最小单位是 4KB 扇区，不是 512 字节。上面代码里为了简单，每次写一个 512 字节扇区就擦一次 4KB，这意味着写满 2MB 实际要擦 4096 次，不仅慢而且损耗 Flash 寿命。资源包这种写法属于「能用但不好用」的范畴，如果想优化，需要做读-改-写合并：先把整个 4KB 扇区读到 RAM，修改目标字节，再整体擦除写入。这个优化我在后面第 5 章展开讲。

MSC 枚举时，主机首先要设备返回最大逻辑单元号（GetMaxLUN），通过端点 0 的类请求完成。资源包里在 usb_prop.c 实现了这个回调，默认只有一个 LUN（LUN 0），如果你要支持多分区，需要改这里和对应的 READ CAPACITY 响应，否则主机只会显示一个盘符。

4. 编译烧录与避坑：从枚举失败到数据错乱的血泪排查

4.1 编译与烧录：Keil 与 ST-Link 的基本操作

资源包默认工程是 Keil MDK 格式，打开 Project 目录下的 .uvproj 文件，先确认三个配置：芯片型号选择 STM32F103C8、C/C++ 选项里 Define 的 USE_STDPERIPH_DRIVER 和 STM32F10X_MD（中等容量）、以及 Flash Download 设置里 Programming Algorithm 选 STM32F10x Medium-density 128K。最容易忽略的是 STM32F10X_MD 这个宏，如果用 HD（高密度）编译，外设地址映射会出错，烧进去直接跑飞。

编译通过后用 ST-Link 烧录，接线只需要 SWDIO、SWCLK、GND 三根线，再加一个 3.3V 供电。F103C8T6 的 USB 部分需要外部 8MHz 晶振，PLL 倍频到 48MHz 给 USB 外设使用。如果你的板子是 12MHz 晶振或者没有晶振（内部 HSI），USB 枚举会产生奇怪的问题，后面第 4.2 节第一条坑就是它。烧录完成后插上 USB 线，PC 端应该出现一个「USB 输入设备」和一个「U 盘」图标。

用命令行烧录的话，用 OpenOCD 配合 ST-Link 也很简单，通常一条命令就能完成：

openocd -f interface/stlink.cfg -f target/stm32f1x.cfg \ -c "program build/USB_CUSTOMHID_MSC.hex verify reset exit"

这条命令的含义是：加载 ST-Link 接口配置和 STM32F1 目标配置，把工程编译出来的 hex 文件烧进芯片，校验后复位运行。OpenOCD 对 stm32f1x 的适配很成熟，注意 -f 后面的 target 配置不要选成 stm32f4x，同一个系列但 Flash 算法不通用。如果只有 hex 文件，先用 Keil 编译生成；如果拿到的是 .axf 或 .elf，用同样的 program 命令能直接烧录。烧录速度默认 1MHz 足够，不用刻意调快，否则长线缆情况下 ST-Link 容易通信失败。

4.2 枚举失败的五个典型现象与排查顺序

这个资源包我至少帮别人排过二十次枚举问题，几乎每一次都能归到下面五类原因之一。每条都按「现象 → 原因 → 解决」写，直接对号入座。

现象一：插入 USB 后 Windows 提示「无法识别的 USB 设备」，设备管理器里显示未知设备，描述符请求失败。

原因：D+ 上拉电阻初始化时序不对或压根没初始化。F103C8T6 的 USB D+ 上拉通常用内部 PA12 的 1.5k 上拉，软件里必须在 USB 复位前把 PA12 配置为推挽输出并拉高。如果上拉是在 USB 初始化之后才拉起来的，主机在枚举窗口期内没检测到设备连接，握手就失败了。解决：检查 hw_config.c 里的 USB_Cable_Config(ENABLE) 调用是否在 USB_Init() 之前执行，顺序反了必然枚举失败。再加上 PA12 不能在外部再接一个上拉电阻，会和内部上拉分压导致电平不对。

现象二：晶振频率不对导致枚举随机失败，有时能识别有时完全没反应。

原因：F103 的 USB 外设需要精确的 48MHz 时钟，通常由 8MHz 晶振 PLL 产生，而很多 C8T6 小蓝板用的是 8MHz 晶振但焊接质量参差，或者用了 12MHz 晶振版本。PLL 配置是按 8MHz 输入的，接到 12MHz 晶振后 USB 时钟变成 72MHz（129），远超 48MHz 允许误差范围。解决：用示波器量 OSC_IN 引脚确认晶振频率；如果是 12MHz 晶振，把 RCC_PLLMul 从 RCC_PLLMul_9 改成 RCC_PLLMul_4，输出也是 48MHz（124），同时 Flash 等待周期要重新算。这个坑在资源包代码里不会体现，因为它默认 8MHz 晶振。

现象三：枚举成功但打开 U 盘提示「请插入磁盘」，盘符出现但容量显示 0 字节。

原因：MSC 的 READ CAPACITY 响应里返回的 LBA 数量是 0，或者 GetMaxLUN 返回值不对。常见的是 Flash 容量宏定义没改，比如实际用 W25Q64（8MB）但代码里 BLOCK_NUM 还是 2MB 的值。解决：打开 usb_conf.h 或 msc_media.h，确认 BLOCK_NUM = Flash 容量 / 512。比如 W25Q16 就是 2MB/512 = 4096，W25Q64 是 8192，改完重新编译烧录。

现象四：HID 数据能收到一次，之后就死掉，设备需要重新拔插才能恢复。

原因：HID 上报函数在主循环里被频繁调用，而上次上报还没完成（端点未空闲）时就再次写端点，导致数据覆盖或状态机错乱。USB 中断 IN 端点的传输完成标志是设备侧的内部事件，不是每次写都能成功。解决：加一个忙标志，端点传输完成回调（EP1_IN_Callback）里清除标志，主循环只在标志为 0 时才能调用 HID_SendReport。资源包的示例代码没有做这个保护，我强烈建议加上。

现象五：写 U 盘文件时数据校验失败，尤其是文件稍大一些就报错。

原因：SPI Flash 写扇区时没有做擦除合并，或者 SPI 时钟配置过快导致时序不稳定。W25Q 系列最高 SPI 时钟在标准模式是 33MHz，但有些板子布线长、毛刺多，跑到 18MHz 以上就会偶发错误。解决：把 SPI_BaudRatePrescaler 改成 SPI_BaudRatePrescaler_4（在 36MHz APB2 下得到 9MHz SPI 时钟），虽然慢但稳定；同时把擦除粒度问题按第 3.3 节说的做读改写合并，否则文件稍大必现错误。

4.3 复合设备被同时访问时的优先级坑：谁先谁后

当 HID 和 MSC 同时工作时，有一个不常用但很现实的问题：MSC 正在大量写 U 盘数据，HID 上报会延迟甚至抖动。原因在于 MSC 的批量传输占用了主要的 USB 带宽，而 HID 中断传输只在每帧的 IN 事务阶段被调度，如果前一帧还在处理 MSC 的批量数据，HID 的数据会挪到下一帧。从用户体验看就是 U 盘拷贝大文件时，HID 端的控制指令响应明显变慢。

处理方法有两个层面。第一层是软件协作：在 HID_SendReport 里加超时机制，如果端点忙超过 5ms（5 个 USB 帧）就丢弃这次上报，避免主循环卡死。第二层是协议设计：让 HID 端传输的数据都是「最新状态」而不是「累积队列」，如果中间丢了一帧，主机下次读到的是最新值，不影响语义。这两点资源包代码都没处理，需要你自己加。我的习惯是在发送函数里加一个全局超时计数，用一个 1ms 的定时器喂它，超过 5 次就清发送标志。

5. 进阶用法与验证：从「能枚举」到「能交付」

5.1 用 Bus Hound 验证枚举与通信是否合格

当你把所有坑都排完、设备能稳定枚举之后，不要直接交付，先用 USB 分析工具验证一轮。我常用 Bus Hound 抓包验证，抓包时重点看三类数据：设备描述符请求的响应是否完整、配置描述符返回的接口数量和端点地址是否符合预期、HID 数据的首包能否持续稳定收到。

操作步骤：安装 Bus Hound 后选择 USB 设备列表里的复合设备，点击 Run 开始捕获。然后执行两个动作：在 PC 端打开 U 盘并写入一个 1KB 的测试文件；同时用上位机软件读取 HID 数据。抓包结果中，如果 MSC 部分能看到 READ CAPACITY 返回的 LBA=4095，接着是 WRITE(10) 命令和对应的数据段，说明 MSC 数据通路正常；HID 部分如果看到周期性的中断 IN 事务，说明上报正常。如果 HID 数据出现连续的 NAK，说明发送频率超过了 USB 帧限制，需要降频。

5.2 两个值得做的改造：HID 加长和 MSC 擦写优化

把这个资源包用于实际产品前，我建议做两个改造。第一个是把 HID 上报长度从 8 字节改成 64 字节，做法是同时修改 HID_ReportDesc 里的 Report Count（0x95 后面的值从 0x08 改成 0x40），以及 usb_conf.h 里 EP1 端点缓冲区大小宏（改成 64 字节对齐）。改完后设备能在一帧内传完 64 字节数据，链路利用率更高，但要注意主循环里发送函数的数据源要准备好 64 字节的有效载荷，不够就补零。

第二个是 MSC 擦写优化。资源包里的逐扇区擦除会导致写速度只有几十 KB/s，我改成 4KB 扇区合并后，顺序写能到 200KB/s 以上。核心逻辑是打开一个 4KB 的页缓冲，WRITE(10) 命令到来时先把目标扇区所在页读入缓冲，修改后再写回：

uint8_t page_buf[4096]; uint32_t cached_sector = 0xFFFFFFFF; uint32_t MSC_MEDIA_WRITE(uint8_t *pbuf, uint32_t blk_addr, uint16_t blk_len) { uint32_t i; for (i = 0; i < blk_len; i++) { uint32_t current_block = blk_addr + i; uint32_t page_base = current_block & ~7; // 512B*8 = 4KB 对齐 if (page_base != cached_sector) { if (cached_sector != 0xFFFFFFFF) { SPI_Flash_Erase_Sector(cached_sector * 512); SPI_Flash_Write(page_buf, cached_sector * 512, 4096); } SPI_Flash_Read(page_buf, page_base * 512, 4096); cached_sector = page_base; } memcpy(page_buf + (current_block - page_base) * 512, pbuf + i * 512, 512); } return MSC_MEDIA_SUCCESS; }

这段代码把多个连续 512 字节扇区先汇总到 4KB 缓冲，最后一次擦写，写放大从 1:8 降到接近 1:1，Flash 寿命和写入速度同时改善。代价是缓存逻辑占 4KB RAM，C8T6 的 20KB RAM 完全扛得住。从那以后我每次做 MSC 相关项目都强制走一遍这套验证流程——先抓描述符、再测双端并发、最后测大数据写入，宁可前期慢一点，也不想在交付现场当着客户面翻车。这个资源和这套方法绑在一起用，才是完整的解决方案，希望帮到你。

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