STM32CubeMx之SD卡驱动
1.SD卡简介
SD存储卡(Secure Digital Memory Card)是一种基于半导体快闪存储器的新一代高速存储设备。SD存储卡的技术是从MMC卡(MultiMedia Card)格式上发展而来,在兼容SD存储卡基础上发展了SDIO(SD Input/ Output)卡,此兼容性包括机械,电子,电力,信号和软件,通常将SD、SDIO卡俗称SD存储卡。
SD卡具有高记忆容量、快速数据传输率、极大的移动灵活性以及很好的安全性,它被广泛地应用于便携式装置上,例如数码相机、平板电脑和多媒体播放器等。
SD卡支持两种总线方式:SD方式与SPI方式。其中SD方式采用 6 线制,使用CLK、CMD、DAT0~DAT3进行数据通信。而SPI方式采用4线制,使用CS、CLK、DataIn、DataOut 进行数据通信。
SD 方式时的数据传输速度与SPI方式要快,STM32F103ZE自带SDIO接口驱动,4位模式最高速度可达24MHZ,8位总线模式下可达48MHZ,本章节将介绍如何使用HAL库完成对SD卡驱动。
2.SDIO简介
SD/SDIO MMC卡主机模块(SDIO)在AHB外设总线和多媒体卡(MMC)、 SD存储卡、 SDIO卡和CE-ATA设备间提供了操作接口。
- SDIO的主要功能如下:
- 与多媒体卡系统规格书版本4.2全兼容。支持三种不同的数据总线模式:1位(默认)、 4位和8位。
- 与较早的多媒体卡系统规格版本全兼容(向前兼容)。
- 与较早的多媒体卡系统规格版本全兼容(向前兼容)。
- 与SD存储卡规格版本2.0全兼容。
- 与SD I/O卡规格版本2.0全兼容,支持良种不同的数据总线模式:1位(默认)和4位。
- 完全支持CE-ATA功能(与CE-ATA数字协议版本1.1 全兼容)。
- 8位总线模式下数据传输速率可达48MHz
2.1SDIO总线拓扑
总线上的通信是通过传送命令和数据实现。
在多媒体卡/SD/SD I/O总线上的基本操作是命令/响应结构,这样的总线操作在命令或总线机制下实现信息交换;另外,某些操作还具有数据令牌。
在SD/SDIO存储器卡上传送的数据是以数据块的形式传输;在MMC上传送的数据是以数据块或数据流的形式传输;在CE-ATA设备上传送的数据也是以数据块的形式传输。
- SDIO“无响应”和“无数据”操作
- SDIO(多)数据块读操作
- SDIO(多)数据块写操作
- SDIO(多)数据块写操作
注意:当有Busy(繁忙)信号时, SDIO(SDIO_D0被拉低)将不会发送任何数据。
- SDIO连续读操作
- SDIO连续写操作
2.2 SDIO功能描述
SDIO包含2个部分:
● SDIO适配器模块:实现所有MMC/SD/SDIO卡的相关功能,如时钟的产生、命令和数据的传送。
● AHB总线接口:操作SDIO适配器模块中的寄存器,并产生中断和DMA请求信号。
- SDIO框图
复位后默认情况下SDIO_D0用于数据传输。初始化后主机可以改变数据总线的宽度。
如果一个多媒体卡接到了总线上,则SDIO_D0、 SDIO_D[3:0]或SDIO_D[7:0]可以用于数据传输。 MMC版本V3.31 和之前版本的协议只支持1 位数据线,所以只能用SDIO_D0。
如 果 一 个 SD 或 SDIO 卡 接 到 了 总 线 上 , 可 以 通 过 主 机 配 置 数 据 传 输 使 用 SDIO_D0 或SDIO_D[3:0]。所有的数据线都工作在推挽模式。
SDIO_CMD有两种操作模式:
● 用于初始化时的开路模式(仅用于MMC版本V3.31 或之前版本)。
● 用于命令传输的推挽模式(SD/SD I/O卡和MMC V4.2在初始化时也使用推挽驱动)。
SDIO_CK是卡的时钟:每个时钟周期在命令和数据线上传输1 位命令或数据。对于多媒体卡V3.31 协议,时钟频率可以在0MHz至20MHz间变化;对于多媒体卡V4.0/4.2协议,时钟频率可以在0MHz至48MHz间变化;对于SD或SDIO卡,时钟频率可以在0MHz至25MHz间变化。
SDIO使用两个时钟信号:
● SDIO适配器时钟(SDIOCLK=HCLK)
● AHB总线时钟(HCLK/2)
引脚定义:
引脚 | 定义 | 说明 |
SDIO_CK | 输出 | 多媒体卡/SD/SDIO卡时钟。这是从主机至卡的时钟线。 |
SDIO_CMD | 双向 | 多媒体卡/SD/SDIO卡命令。这是双向的命令/响应信号线。 |
SDIO_D[0:7] | 双向 | 多媒体卡/SD/SDIO卡数据。这些是双向的数据总线。 |
2.3 SDIO适配器
SDIO适配器是多媒体/加密数字存储卡总线的主设备(主机),用于连接一组多媒体卡或加密数字存储卡,它包含以下5个部分:
● 适配器寄存器模块
● 控制单元
● 命令通道
● 数据通道
● 数据FIFO
注意:适配器寄存器和FIFO使用AHB总线一侧的时钟(HCLK/2),控制单元、命令通道和数据通道使用SDIO适配器一侧的时钟(SDIOCLK)。
关于SDIO详细介绍请参考STM32中文手册。
3.SD硬件接口
引脚 | SDIO | SPI |
SDIO_D2(PC10) | 数据线 | |
SDIO_D3(PC11) | 数据线 | SPI_CS 片选 |
SDIO_CMD(PD2) | 控制线 | SPI_MOSI主机输出 |
SDIO_SCK(PC12) | 时钟 | SPI_SCK时钟线 |
SDIO_D0(PC8) | 数据线 | SPI_MISO主机输入 |
SDIO_D1(PC9) | 数据线 |
4 软件设置
1.芯片选择
2.时钟配置
3.SDIO配置
5 代码生成
1.SD初始化
相关配置可参考STM32中文参考手册_V1.0第20.9.2时钟控制寄存器SDIO_CLKCR。
void MX_SDIO_SD_Init(void)
{
/* USER CODE BEGIN SDIO_Init 0 */
/* USER CODE END SDIO_Init 0 */
/* USER CODE BEGIN SDIO_Init 1 */
/* USER CODE END SDIO_Init 1 */
hsd.Instance = SDIO;
hsd.Init.ClockEdge = SDIO_CLOCK_EDGE_RISING;//在主时钟SDIOCLK的上升沿产生SDIO_CK
hsd.Init.ClockBypass = SDIO_CLOCK_BYPASS_DISABLE;//盘路时钟失能
hsd.Init.ClockPowerSave = SDIO_CLOCK_POWER_SAVE_DISABLE;//始终输出SDIO_CK
hsd.Init.BusWide = SDIO_BUS_WIDE_1B;//总线宽度
hsd.Init.HardwareFlowControl = SDIO_HARDWARE_FLOW_CONTROL_DISABLE;//关闭硬件流控制
//当SD/SDIO卡或多媒体卡在识别模式, SDIO_CK的频率必须低于400kHz。
hsd.Init.ClockDiv = 6;//时钟分频系数,SDIO_CK=HCLK/(ClockDiv+2)
if (HAL_SD_Init(&hsd) != HAL_OK)//SD初始化
{
Error_Handler();
}
if (HAL_SD_ConfigWideBusOperation(&hsd, SDIO_BUS_WIDE_4B) != HAL_OK)//配置总线宽度
{
Error_Handler();
}
/* USER CODE BEGIN SDIO_Init 2 */
hsd.Init.ClockDiv=0;//重新设置时钟速度
/* USER CODE END SDIO_Init 2 */
}
2.SD读写扇区函数
为了方便后续FATFS文件系统移植,我们这里封装两个函数SD卡写扇区和读扇区。
void SD_WriteDisk(uint8_t *buf,uint32_t sector_add,uint32_t cnt)
{
HAL_SD_WriteBlocks(&hsd,buf,sector_add,cnt,5000);//SD卡写块
while(HAL_SD_GetCardState(&hsd)!=HAL_SD_CARD_TRANSFER);//等待数据传输完成
}
void SD_ReadDisk(uint8_t *buf,uint32_t sector_add,uint32_t cnt)
{
HAL_SD_ReadBlocks(&hsd,buf,sector_add,cnt,5000);//SD卡读块
while(HAL_SD_GetCardState(&hsd)!=HAL_SD_CARD_TRANSFER);//等待数据传输完成
}
3.主函数
初始化HAL库、GPIO端口、LCD屏(FSMC驱动)、SD卡初始化;获取卡类型、卡容量,最后调用SD卡读写扇区函数实现数据读写测试。
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_FSMC_Init();
MX_SDIO_SD_Init();
MX_USART1_UART_Init();
MX_SPI2_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
char buff[200];
NT35310_Init();//LCD初始化
LCD_Display_Str(LCD_WIDTH/2-strlen("SD卡初始化")/2*8,20,16,(u8 *)"SD卡初始化",BLACK);
if(hsd.State!=HAL_SD_STATE_READY)
{
LCD_Display_Str(20,40,16,(u8 *)"SD Init ERR",RED);
}
else
{
LCD_Display_Str(20,40,16,(u8 *)"SD Init OK",RED);
LCD_Display_Str(20,60,16,(u8 *)"卡类型:",RED);
if(hsd.SdCard.CardType==CARD_SDHC_SDXC)//2.0告诉卡
{
LCD_Display_Str(20+8+strlen("卡类型:")*8,60,16,(u8 *)"SDHC",RED);
}
else if(hsd.SdCard.CardType==CARD_SDSC)//2.0普通卡
{
LCD_Display_Str(20+8+strlen("卡类型:")*8,60,16,(u8 *)"SDSC",RED);
}
snprintf(buff,sizeof(buff),"块大小: %d byte\n",hsd.SdCard.BlockSize);
LCD_Display_Str(20,80,16,(u8 *)buff,RED);
snprintf(buff,sizeof(buff),"卡容量大小: %.2f GB\n",(hsd.SdCard.BlockNbr>>11)/1024.0);
LCD_Display_Str(20,100,16,(u8 *)buff,RED);
}
LCD_Display_Str(LCD_WIDTH/2-strlen("SD数据读写测试")/2*8,130,16,(u8 *)"SD数据读写测试",BLACK);
SD_WriteDisk(buf_tx,100,2);
LCD_Display_Str(20,150,16,(u8 *)"SD写数据: OK",RED);
SD_ReadDisk(buf_rx,100,3);
LCD_Display_Str(20,170,16,(u8 *)"SD读数据: OK",RED);
LCD_Display_Str(20,190,16,(u8 *)"数据内容:",RED);
LCD_Display_Str(20,210,16,(u8 *)buf_rx,BLUE);
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */
}
4.运行效果