基于STM32CubeMX SD卡经验分享

[复制链接]

攻城狮Melo 发布时间：2023-6-28 15:18

技术帖
文章封面:
文章简介:	基于STM32CubeMX SD卡经验分享

1.SD卡介绍

1.1 SD卡简介

很多单片机系统都需要大容量存储设备，以存储数据（常用的有U盘、FLASH芯片、SD卡等），比较而言SD卡是单片机大容量外部存储的首选，只需要少数几个IO口即可外扩一个容量从几十M到几十G的，且有多种体积尺寸可选（标准SD卡、TF卡等）的外部存储器。

SD卡（Secure Digital Memory Card）即：安全数码卡，它是在MMC的基础上发展而来，是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，它被广泛地于便携式装置上使用，例如数码相机、个人数码助理(PDA)和多媒体播放器等。SD卡由日本松下、东芝及美国SanDisk公司于1999年8月共同开发研制。

SD卡按容量分类，可以分为3类：SD卡、SDHC卡、SDXC卡，如下表所示：

1.2 SD卡的物理结构及内部框图

SD卡的物理结构一般包括以下5个部分：

存储单元：是存储数据部件；

存储单元接口：存储单元通过存储单元接口与卡控制单元进行数据传输；

电源检测单元：保证SD卡工作在合适的电压下，如出现掉电或上状态时，它会使控制单元和存储单元接口复位；

卡及接口控制单元：控制SD卡的运行状态，它包括有8个寄存器；
+ p( w: G* ?3 Y
接口驱动器：控制SD卡引脚的输入输出。
% s$ _3 n& W0 m1 b% f: h2 B' d
1 Q% J! g; L7 B9 ]8 X) l

SDIO由SDIO适配器和APB2接口两部分组成：

名称	功能
SDIO适配器	提供特定于MMC/SD/SD I/O卡的所有功能，如时钟生成单元、命令和数据传输
APB2接口	访问SDIO适配器寄存器，并且生成中断和DMA请求信号

下图是SDIO功能框图及SDIO适配器框图：

1.3 SD卡命令

SD卡命令由主机发出，命令格式固定为48位，通过CMD线连续传输，数据线不参与。SD命令结构如下图示：由6个字节组成，字节1的最高2位固定为01、低6位为命令号（比如CMD16）；字节2 ~ 5为命令参数（有的命令没有参数）；字节6的高7位为CRC、最低位恒定为1

SD命令组成的详细说明如下：

起始位和终止位：命令的主体包含在起始位与终止位之间，它们都只包含一个数据位，起始位为 0，终止位为 1。

传输标志：用于区分传输方向，该位为 1 时表示命令，方向为主机传输到 SD 卡，该位为 0时表示响应，方向为 SD卡传输到主机。

命令主体内容包括命令、地址信息/参数和 CRC 校验三个部分

命令号：它固定占用 6bit，所以总共有 64个命令(代号：CMD0~CMD63)，每个命令都有特定的用途，部分命令不适用于 SD 卡操作，只是专门用于 MMC卡或者SD I/O卡。

地址/参数：每个命令有 32bit地址信息/参数用于命令附加内容，例如，广播命令没有地址信息，这 32bit用于指定参数，而寻址命令这 32bit用于指定目标 SD卡的地址。

% `0 N4 C8 g( U0 H( b; ]
CRC7 校验：长度为 7bit的校验位用于验证命令传输内容正确性，如果发生外部干扰导致传输数据个别位状态改变将导致校准失败，也意味着命令传输失败，SD卡不执行命令。
! _- B( c5 m7 L6 ]
& u2 d0 L! q i# X

1.4 SD卡响应

SD卡命令的响应由SD卡向主机发出，部分命令要求SD卡作出响应，这些响应多用于反馈SD卡的状态。基本特性如下：

SDIO总共有7个响应类型(代号：R1~R7)，其中SD卡没有R4、R5类型响应。特定的命令对应有特定的响应类型，比如当主机发送CMD3命令时，可以得到响应R6。

与命令一样，SD卡的响应也是通过CMD线连续传输的。
* h/ g7 S3 j0 B* Y: g7 W! C# l1 ~7 K
根据响应内容大小可以分为短响应和长响应。短响应是48bit长度，只有R2类型是长响应，其长度为136bit。

% _) k# m5 E) p, a- i! z5 e. ^' A; K+ q! _- h6 z

SD的读写操作是以块为操作对象。先发送命令开始传输，然后传输数据块，传输完数据块紧接着传输CRC检验值。最好发送停止命令停止数据传输

1.5 SD卡的操作模式及切换

SD卡有多个版本，STM32控制器目前最高支持《Physical Layer Simplified Specification V2.0》定义的SD卡，STM32控制器对SD卡进行数据读写之前需要识别卡的种类：V1.0标准卡、V2.0标准卡、V2.0高容量卡或者不被识别卡。

SD卡系统定义了两种操作模式：卡识别模式和数据传输模式

在系统复位后，主机处于卡识别模式，寻找总线上可用的SDIO设备；同时，SD卡也处于卡识别模式，直到被主机识别到，即当SD卡接收到SEND_RCA(CMD3)命令后，SD卡就会进入数据传输模式，而主机在总线上所有卡被识别后也进入数据传输模式。

2.硬件设计

D1指示灯用来提示系统运行状态，K_UP写入数据，K_DOWN读取数据，TFTLCD用来显示SD卡的容量、类型等信息，串口1用来打印调试信息

D1指示灯

K_UP/K_DOWN/K_LEFT/K_RIGHT按键

USART1串口

TFTLCD
2 S, t1 k+ K6 j8 ^- Y. `: |0 R8 K
TF卡
1 ] a% q3 N' q

从以上电路图可以看出，SD卡支持SPI和SDIO模式，两种模式可以通过端子进行切换，P4端子与SD卡连接，SD端子与STM32F1的SDIO接口连接，IO端子与STM32F1的SPI2接口连接，本例程使用SDIO模式（将P4端子与SD端子短接）

3.软件设计

3.1 STM32CubeMX设置

➡️ RCC设置外接HSE，时钟设置为72M

➡️ PC0设置为GPIO推挽输出模式、上拉、高速、默认输出电平为高电平

➡️ PA0设置为GPIO输入模式、下拉模式；PE2/PE3/PE4设置为GPIO输入模式、上拉模式

➡️ USART1选择为异步通讯方式，波特率设置为115200Bits/s，传输数据长度为8Bit，无奇偶校验，1位停止位

➡️ 激活FSMC

➡️ 激活SDIO，选择4线SD模式，分频因子设为4，使能流控，其余默认设置

➡️ 激活CRC功能，以避免后续读写SD卡报CRC校验错误

➡️输入工程名，选择路径（不要有中文），选择MDK-ARM V5；勾选Generated periphera initialization as a pair of ‘.c/.h’ files per IP ；点击GENERATE CODE，生成工程代码

3.2 MDK-ARM软件编程

➡️ 创建按键驱动文件key.c和key.h，参考按键输入例程

➡️ 创建LCD驱动文件tftlcd.c 和tftlcd.h，参考TFTLCD显示例程

➡️ 在sdio.c文件下可以看到sdio初始化函数，同时在该文件下添加显示SD卡信息函数

void MX_SDIO_SD_Init(void){: d. w, Y. M8 O F' A0 c* y2 C
hsd.Instance = SDIO;
- W# ]' m Z# c
hsd.Init.ClockEdge = SDIO_CLOCK_EDGE_RISING;//上升沿9 x+ p4 E8 \! K3 h
hsd.Init.ClockBypass = SDIO_CLOCK_BYPASS_DISABLE;//比使用bypass，直接用HCLK分配得到SDIO_CK) t- y. f% q" h4 f# j
hsd.Init.ClockPowerSave = SDIO_CLOCK_POWER_SAVE_DISABLE;//空闲时不关闭时钟电源- l/ C5 |1 f" U1 F
hsd.Init.BusWide = SDIO_BUS_WIDE_1B;//1位数据线0 g! v7 X* R+ l" _3 b# q% r0 o' e
hsd.Init.HardwareFlowControl = SDIO_HARDWARE_FLOW_CONTROL_ENABLE;//开启硬件流控4 K# G2 J% F9 v. s f/ u
hsd.Init.ClockDiv = 4;//4分频: l% R& L% a3 `
if (HAL_SD_Init(&hsd) != HAL_OK){ F) }1 q! j, }7 o' B* P3 V% M
Error_Handler();
4 H; P, U5 g# d5 p( F& a. ^
}
7 C' \8 E! h6 C% ~7 d; X- j. H
if (HAL_SD_ConfigWideBusOperation(&hsd, SDIO_BUS_WIDE_4B) != HAL_OK){
4 {5 @. ]$ {9 |% Q# Y
Error_Handler();//初始化完成后使能宽总线（4位）模式
- J8 \% l4 t8 O- Y+ z. C
}
+ m0 b2 L! V( j( h2 k
}5 D6 m+ M5 D1 ^) d2 I: W# o) }
//显示SD卡信息函数
& |* o' d. I" \
void Show_SDMMC_Info(void){
- V" y7 I+ U1 {0 n
HAL_SD_CardCIDTypeDef SDCard_CID;( m* c, w& m0 X
HAL_SD_CardInfoTypeDef SDCard_INFO;
/ Z7 C! Y3 D' v6 P8 X1 b/ v
uint64_t CardCap; //SD卡容量$ S1 m2 z ]3 I4 d0 |
HAL_SD_GetCardCID(&hsd,&SDCard_CID); //获取CID" A8 A$ J$ [0 o% T# w7 X
HAL_SD_GetCardInfo(&hsd,&SDCard_INFO);//获取SD卡信息; X: F4 S9 a8 [5 p9 s
FRONT_COLOR=BROWN;
s( r: W0 n w8 n( m+ y2 _. s
switch(SDCard_INFO.CardType) //SD卡类型
@4 k3 D) T: U* z: X8 E0 V
{0 T( s; k& @, G
case CARD_SDSC:, h4 k7 E. | z' `/ B/ K) ^; v
if(SDCard_INFO.CardVersion == CARD_V1_X){5 c3 _" w0 Q; m" x+ K/ z
LCD_ShowString(120,190,50,16,16,(uint8_t *)"SDSC V1");
& C3 k$ ^8 F& n _* I
printf("Card Type: SDSC V1\r\n");
# u' A) {- d. r% Y! L9 d
}4 V: G% i* v% ~( Y/ }* T- k8 q
else if(SDCard_INFO.CardVersion == CARD_V2_X){
' Z3 B. j/ r/ q
LCD_ShowString(120,190,50,16,16,(uint8_t *)"SDSC V2");
I, o" ?1 S# L- }+ r+ ]8 `
printf("Card Type: SDSC V2\r\n");
* _" `1 L! f# T4 ? V+ ^& c3 u! K
}
- i! X9 j1 ?. w7 ~8 E( s5 h" X
break;9 F, N7 K- J2 j
case CARD_SDHC_SDXC:9 [2 T/ V! Y8 F$ E
LCD_ShowString(120,190,50,16,16,(uint8_t *)"SDHC");: }' [7 t# e7 O% w3 g, p
printf("Card Type: SDHC\r\n");( ?& h1 T; b- c( T4 O
break;" }- _: c6 J/ ~7 ]/ g
}
$ i1 F% K* X, M' H" v
: {0 y- w0 H- j( S/ p3 \7 k% ]4 N9 A
CardCap = (uint64_t)(SDCard_INFO.LogBlockNbr)*(uint64_t)(SDCard_INFO.LogBlockSize)/1024/1024; //计算SD卡容量. P4 r$ [& h$ Z0 {) i) H8 M
printf("Card ManufacturerID:%d\r\n",SDCard_CID.ManufacturerID);//制造商ID
) `& }! D, \' m6 ^( @
printf("Card RCA:%d\r\n",SDCard_INFO.RelCardAdd); //卡相对地址
8 L4 M" |& [6 g) E* U* }* X: p, s, ^
printf("LogBlockNbr:%d\r\n",SDCard_INFO.LogBlockNbr); //逻辑块数量0 u0 h$ {, s$ t" x. d4 b% t
printf("LogBlockSize:%d\r\n",SDCard_INFO.LogBlockSize);//逻辑块大小$ [6 u" b- S! }4 `
printf("Card Capacity:%d MB\r\n",(uint32_t)CardCap); //显示容量' }) B2 l% }6 y' g% l4 Q
printf("Card BlockSize:%d\r\n",SDCard_INFO.BlockSize);//块大小4 ~$ H0 H" j9 p: c y- X6 j$ h ^
LCD_ShowNum(120,210,CardCap,4,16);3 k8 a) L& j3 H
LCD_ShowString(160,210,50,16,16,(uint8_t *)"MB");
; W) t" p( l3 H+ ]/ \
}

复制代码

➡️ 在main.c文件下编写SD卡读写测试代码

uint8_t Buffer_Tx[512],Buffer_Rx[512] = {0};# q% {, E/ z! X3 M( x+ Q
uint32_t i;
3 v$ V' p. C6 Q7 {8 j
int main(void){* }8 W- e: Q% s: U }# V3 [
uint8_t key;/ ~: U7 r' j0 Y0 ]8 d4 M3 E( e% `) a' E
HAL_Init();% I* s0 t8 t- B9 b( A$ S; n: K( \
SystemClock_Config();; X6 |6 Y, h# h
MX_GPIO_Init();
3 a7 n$ a' x, A- D5 c g. a2 ]6 L
MX_FSMC_Init();
' ~9 b8 Q+ o2 I) v' r: V
MX_SDIO_SD_Init();
1 h- b* t$ X$ Q& V! G
MX_USART1_UART_Init();7 j5 }; e9 T) }* k
MX_CRC_Init();( M: @) ~6 b4 ?% K2 P5 d! e3 L
/* USER CODE BEGIN 2 */
& I9 f8 D+ Z3 i$ {& Q& u5 h
TFTLCD_Init(); 5 A, {8 \* J, e1 p1 D# c5 P
FRONT_COLOR=BROWN;0 p6 U9 S: L: H7 Q# F
LCD_DrawRectangle(25,25,215,135);
X4 B8 g6 w* v( O
FRONT_COLOR=RED;
+ l- J% D% s6 L, s5 m
LCD_ShowString(30,30,200,16,16,(uint8_t *)"ANDYXI STM32"); . `. @4 q) y: l2 b+ `( k% I
LCD_ShowString(30,50,200,16,16,(uint8_t *)"STM32CubeMX");
$ f6 i M) b5 S
LCD_ShowString(30,70,200,16,16,(uint8_t *)"SDIO TEST");
& E. Y# S3 F H; X5 \) D6 E" C: Q
FRONT_COLOR=BLACK;% D4 `2 C8 b* r/ p! i" C# t1 b) w
LCD_ShowString(30,90,200,16,16, (uint8_t *)"K_U:ReadSD K_D:WriteSD");
* {2 I L: v5 {
LCD_ShowString(30,110,200,16,16,(uint8_t *)"K_R:EaseSD K_L:None");: K3 M# G4 k5 }- |' n4 {0 ?' ?
FRONT_COLOR=BLUE;
. ]. k1 B; @* F8 X
LCD_ShowString(30,170,200,16,16,(uint8_t *)"SD Card Information");
* r. `, A5 R# Q
LCD_ShowString(30,190,80,16,16,(uint8_t *)"Card Type: ");
2 D h# G1 V$ k4 T s5 n
LCD_ShowString(30,210,80,16,16,(uint8_t *)"Card Capa:"); + F1 O" k# ?+ ~9 V2 A, V, b
Show_SDMMC_Info();( ]# |! s: i: E) J. _9 J
memset(Buffer_Tx,0x15,sizeof(Buffer_Tx)); 0 D# C! }) j5 O
/* USER CODE END 2 */
; w& x, S/ X, h6 n' D7 X. f1 T& \
while (1){
6 v4 c5 S/ j$ A& c- R' m
key = KEY_Scan(0);
- M! d, x% b; _- R
switch(key)
; D. E$ I4 I, O
{
# v* E6 D$ i1 I% @' J7 A/ s3 [2 Z. Z
case KEY_RIGHT_PRES:/ J$ O$ W! b' K! b5 h) f& d, g6 N
if(HAL_SD_Erase(&hsd,0,1) == HAL_OK){2 }1 ?$ a2 w6 ] R
while(HAL_SD_GetCardState(&hsd) != HAL_SD_CARD_TRANSFER);
% C* D# c0 l# m9 I* C* Y' t
printf("\r\nErase Block Success!\r\n");- f9 k4 j6 T- j
LCD_ShowString(30,250,200,16,16,(uint8_t *)"Erase Block Success!");
2 D" }* `& R0 R
}
3 o7 ?( ]8 U0 a& H; R( h* {
else{/ w+ o2 E% f, l; t+ z. W, P
printf("\r\nErase Block Failed!\r\n"); 3 M' g2 G5 {; n8 [$ q
LCD_ShowString(30,250,200,16,16,(uint8_t *)"Erase Block Failed!"); 0 R: [ ^/ y+ r! T
}) U0 F {/ f8 M, r7 k) i: \
break;1 y; } b! y( F: @
case KEY_UP_PRES:
, p8 _5 R8 H( W* Z6 V6 p+ B$ E
if(HAL_SD_ReadBlocks(&hsd,Buffer_Rx,0,1,0xffffffff) == HAL_OK){" _4 t2 A* q1 V+ Q
while(HAL_SD_GetCardState(&hsd) != HAL_SD_CARD_TRANSFER);4 l, C; a. |7 V9 Q; U2 D4 p+ x- T
printf("\r\nRead Block Success!\r\n");& s0 ]0 I" b4 W
for(i=0;i<sizeof(Buffer_Rx);i++), e3 s) N; d0 d
printf("%02x ",Buffer_Rx[i]);
# X$ B( f! ?. _4 M" B2 _
printf("\r\n");, n9 N; @$ A2 I3 U8 S
LCD_ShowString(30,250,200,16,16,(uint8_t *)"Read Block Success!");0 t! J2 |, b. K
}else{% u) F6 j8 n1 }
printf("\r\nRead Block Failed!\r\n");
5 b" `' d1 w7 `' o) N
LCD_ShowString(30,250,200,16,16,(uint8_t *)"Read Block Success!"); $ w1 _9 B7 o' J+ b
}
+ \8 o& n7 z7 x. F4 _) K
break; # w4 q1 }: G2 m" D3 `8 i, \
case KEY_DOWN_PRES:3 S. W2 @# p5 V7 A+ A# E& R
if(HAL_SD_WriteBlocks(&hsd,Buffer_Tx,0,1,0xffffffff) == HAL_OK){
2 |1 B7 O0 x$ N$ p" @3 u
while(HAL_SD_GetCardState(&hsd) != HAL_SD_CARD_TRANSFER);
" |9 S% u. g; M% Y2 L+ v) k& @$ J
printf("\r\nWrite Block Success!\r\n");1 b9 `4 A8 D; I
for(i=0;i<sizeof(Buffer_Tx);i++)2 y+ u0 Q2 {5 {1 f
printf("0x%02x:%02x ",i,Buffer_Tx[i]);& }/ I( K0 U; g4 s9 @0 \" E
printf("\r\n");
9 |( m9 P& y; Z v( H% H
LCD_ShowString(30,250,200,16,16,(uint8_t *)"Write Block Success!");9 o) v7 X( u; [, L
}else{1 i ~- [( K/ L7 x1 {5 h$ L
printf("\r\nWrite Block Failed!\r\n");0 j" M6 ^% q0 J
LCD_ShowString(30,250,200,16,16,(uint8_t *)"Write Block Failed!");
* d9 Z3 A& \5 ~8 V5 g% d4 @; ]
}
: f( }% m. M" }* J: y
break;
% m; r4 ?0 f" f- \( X
}
1 e7 k) i* @2 w0 H# I) L& Y
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_0);4 k; O$ o" R0 V. I, ^4 V8 u
HAL_Delay(200);
4 u$ Y, W7 s9 h& q; y- v
}$ H5 ^' x0 C; m* }" ? i: M) Y; |' Q
}