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完整项目源代码下载地址:HAL库CubeMX STM32采用SDIO实现对SD卡和NAND Flash的读写资源-CSDN文库
一、选择合适的存储芯片。
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二、SD卡/SD NAND底层原理
三、硬件设计
1、SD NAND引脚图
2、芯片外观及封装:
3、硬件电路原理图
4、测试用转接板实物图
四、 CubeMX配置STM32具体步骤
1、时钟和系统配置
2、配置SDIO
3、配置DMA (可选)
4、设置串口
五、代码编写
1、公共代码
2、常规方式读写
3、DMA方式读写
六、结果分析
1、输入的函数参数是扇区编号,而不是实际偏移地址。
2、测试结果
完整项目源代码下载地址:HAL库CubeMXSTM32采用SDIO实现对SD卡和NANDFlash的读写资源-CSDN文库
一、选择合适的存储芯片。
最近在做一个项目,需要实现大量存储读取数据,但是stm32上自带的存储器容量太小了,比如我用的这款STM32F103ZET6本身的flash容量为512K,不够用。
相关单片机芯片型号资源如下:
最终项目采用的方案是:雷龙公司提供的CSNP4GCR01这款SD NAND。当然也可以用TF卡,使用方法都是采用SDIO总线驱动,程序都是一模一样的,但是这款相较于普通的TF卡有更多的优势,具体体现在以下几点:
在一些贴片芯片的PCB设计中,无论是在面积有着严格要求中还是在实际恶劣环境中,并且胜在价格、封装以及稳定性上有优势,综合来说性价比更高,雷龙公司提供的CS SD NAND FLASH方案占有明显优势,这也正是我在项目中选择使用它的原因。
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二、SD卡/SD NAND底层原理
根据SD卡的容量,可划分为SDSC、SDHC、SDXC三种标准。现今,市场的主流SD产品是SDHC和SDXC这两种较大容量的存储卡,而SDSC卡因容量过小,已逐渐被市场淘汰。SD卡(三种卡的统称)的存储空间是由一个一个扇区组成的,SD卡的扇区大小是512byte,若干个扇区又可以组成一个分配单元(也被成为簇),分配单元常见的大小为4K、8K、16K、32K、64K。
具体原理这里我就不具体写了,网上有很多,可以参考以下链接:
SD NAND 的 SDIO在STM32上的应用详解(上篇)_sdio接两个芯片_深圳市雷龙发展有限公司的博客-CSDN博客
三、硬件设计
1、SD NAND引脚图
2、芯片外观及封装:
3、硬件电路原理图
如下,可以看到,我们只需要在芯片外围加上几个电阻、电容即可使用,这样可以很轻易的集成在我们自己的PCB封装上。
4、测试用转接板实物图
此次实验用的开发实物图:
运行中的实物图:
四、 CubeMX配置STM32具体步骤
1、时钟和系统配置
2、配置SDIO
(1)Clock transition on which the bit capture is made: Rising transition。主时钟 SDIOCLK 产生 CLK 引脚时钟有效沿选择,可选上升沿或下降沿,它设定 SDIO 时钟控制寄存器(SDIO_CLKCR)的 NEGEDGE 位的值,一般选择设置为上升沿。(参考链接)
(2)SDIO Clock divider bypass:Disbale。时钟分频旁路使用,可选使能或禁用,它设定 SDIO_CLKCR 寄存器的 BYPASS 位。如果使能旁路,SDIOCLK 直接驱动 CLK 线输出时钟;如果禁用,使用 SDIO_CLKCR 寄存器的 CLKDIV 位值分频 SDIOCLK,然后输出到 CLK 线。一般选择禁用时钟分频旁路。
(3)SDIO Clock output enable when the bus is idle: Disable the power save for the clock。节能模式选择,可选使能或禁用,它设定 SDIO_CLKCR 寄存器的 PWRSAV 位的值。如果使能节能模式,CLK 线只有在总线激活时才有时钟输出;如果禁用节能模式,始终使能 CLK 线输出时钟。
(4)SDIO hardware flow control: The hardware control flow is disabled。硬件流控制选择,可选使能或禁用,它设定 SDIO_CLKCR 寄存器的 HWFC_EN 位的值。硬件流控制功能可以避免 FIFO 发送上溢和下溢错误。
SDIOCLK clock divide factor: 6。时钟分频系数,它设定 SDIO_CLKCR 寄存器的 CLKDIV 位的值,设置 SDIOCLK 与 CLK 线输出时钟分频系数:
CLK 线时钟频率=SDIOCLK/([CLKDIV+2])。
-
识别卡阶段:时钟频率 FOD,最高为 400kHz
-
数据传输模式:时钟频率FPP,默认最高为 25MHz
-
如果通过相关寄存器配置使 SDIO 工作在高速模式,此时数据传输模式最高频率为 50MHz
### 注意:刚开始我做的过程中,参考了下面的SDIOCLK,然后就设置了时钟分频系数为0,导致CLK 线时钟频率=72/([0+2])=36M大于最高数据传输速率25M,生成代码后,程序一直卡死在SDIO初始化函数中,导致SD卡初始化失败。
仔细查看上面的第二点(2),由于在我们之前配置中禁用了时钟分频旁路,所以我们不能参考下面这个SDIOCLK,所以实际使用SDIOCLK=72M,应该设置时钟分频系数为2以上。
3、配置DMA (可选)
-
在一些实际使用场合中,比如需要把摄像头帧数据存储到SD卡,需要高效的存储和取用大量数据时,我们往往采用DMA,减轻CPU的负担。
-
SDIO 外设支持生成 DMA 请求,使用 DMA 传输可以提高数据传输效率,因此在 SDIO 的控制代码中,可以把它设置为 DMA 传输模式。
4、设置串口
打开串口,方便通过串口实时打印出SD卡的信息以及查看调试信息。
五、代码编写
1、公共代码
以下两种模式下添加的公共代码部分
-
#include <stdio.h>
-
#include <string.h>
-
#define BLOCK_START_ADDR 0 /* Block start address */
-
#define NUM_OF_BLOCKS 1 /* 扇区编号 */
-
#define BUFFER_WORDS_SIZE ((BLOCKSIZE * NUM_OF_BLOCKS) >> 2) /* Total data size in bytes */
-
//这里定义大小为512byte,正好是SD卡一个扇区,偏移地址0x00000200
-
uint8_t Buffer_Tx[512],Buffer_Rx[512] = {0};
-
uint8_t Buffer_Tx_DMA[1024],Buffer_Rx_DMA[1024] = {0};
-
uint32_t i;
-
extern DMA_HandleTypeDef hdma_sdio;
-
int fputc(int c, FILE *stream) //重写fputc函数
-
{
-
/*
-
huart1是工具生成代码定义的UART1结构体,
-
如果以后要使用其他串口打印,只需要把这个结构体改成其他UART结构体。
-
*/
-
HAL_UART_Transmit(&huart1, (unsigned char *)&c, 1, 1000);
-
return 1;
-
}
-
// 打印SD卡基本信息
-
void show_sdcard_info(void)
-
{
-
printf("Micro SD Card Test...\r\n");
-
/* 检测SD卡是否正常(处于数据传输模式的传输状态) */
-
if(HAL_SD_GetCardState(&hsd) == HAL_SD_CARD_TRANSFER)
-
{
-
printf("Initialize SD card successfully!\r\n");
-
// 打印SD卡基本信息
-
printf(" SD card information! \r\n");
-
printf(" CardCapacity : %llu \r\n", (unsigned long long)hsd.SdCard.BlockSize * hsd.SdCard.BlockNbr);// 显示容量
-
printf(" CardBlockSize : %d \r\n", hsd.SdCard.BlockSize); // 块大小
-
printf(" LogBlockNbr : %d \r\n", hsd.SdCard.LogBlockNbr); // 逻辑块数量
-
printf(" LogBlockSize : %d \r\n", hsd.SdCard.LogBlockSize);// 逻辑块大小
-
printf(" RCA : %d \r\n", hsd.SdCard.RelCardAdd); // 卡相对地址
-
printf(" CardType : %d \r\n", hsd.SdCard.CardType); // 卡类型
-
// 读取并打印SD卡的CID信息
-
HAL_SD_CardCIDTypeDef sdcard_cid;
-
HAL_SD_GetCardCID(&hsd,&sdcard_cid);
-
printf(" ManufacturerID: %d \r\n",sdcard_cid.ManufacturerID);
-
}
-
else
-
{
-
printf("SD card init fail!\r\n" );
-
}
-
}
-
/* 擦除SD卡块 */
-
void erase_sdcard(SD_HandleTypeDef *hsd, uint32_t BlockStartAdd, uint32_t BlockEndAdd)
-
{
-
printf("------------------- Block Erase -------------------------------\r\n");
-
if(HAL_SD_Erase(hsd, BlockStartAdd, BlockEndAdd) == HAL_OK)
-
{
-
/* Wait until SD cards are ready to use for new operation */
-
while(HAL_SD_GetCardState(hsd) != HAL_SD_CARD_TRANSFER)
-
{
-
}
-
printf("\r\nErase Block Success!\r\n");
-
}
-
else
-
{
-
printf("\r\nErase Block Failed!\r\n");
-
}
-
}
2、常规方式读写
-
/* 填充缓冲区数据 */
-
void write_sdcard(SD_HandleTypeDef *hsd, uint8_t *pData, uint32_t BlockAdd, uint32_t NumberOfBlocks, uint32_t Timeout)
-
{
-
/* 向SD卡块写入数据 */
-
printf("------------------- Start Write SD card block data ------------------\r\n");
-
if(HAL_SD_WriteBlocks(hsd, pData, BlockAdd, NumberOfBlocks, Timeout) == HAL_OK)
-
{
-
while(HAL_SD_GetCardState(hsd) != HAL_SD_CARD_TRANSFER)
-
{
-
}
-
printf("\r\nWrite Block Success!\r\n");
-
}
-
else
-
{
-
printf("\r\nWrite Block Failed!\r\n");
-
}
-
}
-
/* 读取操作之后的数据 */
-
void read_sdcard(SD_HandleTypeDef *hsd, uint8_t *pData, uint32_t BlockAdd, uint32_t NumberOfBlocks, uint32_t Timeout)
-
{
-
printf("------------------- Start Read SD card block data ------------------\r\n");
-
if(HAL_SD_ReadBlocks(hsd, pData, BlockAdd, NumberOfBlocks, Timeout) == HAL_OK)
-
{
-
while(HAL_SD_GetCardState(hsd) != HAL_SD_CARD_TRANSFER)
-
{
-
}
-
printf("\r\nRead Block Success!\r\n");
-
}
-
else
-
{
-
printf("\r\nRead Block Failed!\r\n");
-
}
-
}
主函数里代码如下:
-
/* USER CODE BEGIN 2 */
-
show_sdcard_info();
-
//擦除5个扇区
-
erase_sdcard(&hsd, 0, 5);
-
memset(Buffer_Tx, 0x55, sizeof(Buffer_Tx));
-
write_sdcard(&hsd, Buffer_Tx, 1, 2, 10);
-
read_sdcard(&hsd, Buffer_Rx, 1, 2, 10);
-
//查看读取到的数据
-
for(i = 0; i < sizeof(Buffer_Rx)/sizeof(Buffer_Rx[0]); i++)
-
{
-
printf("0x%02x:%02x ", i, Buffer_Rx[i]);
-
}
-
/* USER CODE END 2 */
3、DMA方式读写
-
这里需要注意:SDIO DMA每次由读数据变为写数据或者由写数据变为读数据时,都需要重新初始化DMA,是为了更改数据传输的方向。
-
(这里特别坑,参考别的博主的代码发现不能用,经过自己亲自修改后,代码更改了很多次才发现这个问题,以下代码验证通过可直接使用)
-
//非阻塞式DMA读
-
HAL_StatusTypeDef SDIO_ReadBlocks_DMA(SD_HandleTypeDef *hsd, uint8_t *pData, uint32_t BlockAdd, uint32_t NumberOfBlocks)
-
{
-
HAL_StatusTypeDef Return_Status;
-
HAL_SD_CardStateTypeDef SD_Card_Status;
-
do{ SD_Card_Status = HAL_SD_GetCardState(hsd);}while(SD_Card_Status != HAL_SD_CARD_TRANSFER );
-
HAL_DMA_DeInit(&hdma_sdio);
-
hdma_sdio.Instance = DMA2_Channel4;
-
hdma_sdio.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
-
hdma_sdio.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
-
hdma_sdio.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
-
hdma_sdio.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_WORD;
-
hdma_sdio.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_WORD;
-
hdma_sdio.Init.Mode = DMA_NORMAL;
-
hdma_sdio.Init.Priority = DMA_PRIORITY_LOW;
-
if (HAL_DMA_Init(&hdma_sdio) != HAL_OK)
-
{
-
Error_Handler();
-
}
-
__HAL_LINKDMA(hsd,hdmarx,hdma_sdio);
-
MX_SDIO_SD_Init();
-
Return_Status = HAL_SD_ReadBlocks_DMA(hsd, pData, BlockAdd, NumberOfBlocks);
-
return Return_Status;
-
}
-
//非阻塞式DMA写
-
HAL_StatusTypeDef SDIO_WriteBlocks_DMA(SD_HandleTypeDef *hsd, uint8_t *pData, uint32_t BlockAdd, uint32_t NumberOfBlocks)
-
{
-
HAL_StatusTypeDef Return_Status;
-
HAL_SD_CardStateTypeDef SD_Card_Status;
-
do{ SD_Card_Status = HAL_SD_GetCardState(hsd);}while(SD_Card_Status != HAL_SD_CARD_TRANSFER );
-
HAL_DMA_DeInit(&hdma_sdio);
-
hdma_sdio.Instance = DMA2_Channel4;
-
hdma_sdio.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
-
hdma_sdio.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
-
hdma_sdio.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
-
hdma_sdio.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_WORD;
-
hdma_sdio.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_WORD;
-
hdma_sdio.Init.Mode = DMA_NORMAL;
-
hdma_sdio.Init.Priority = DMA_PRIORITY_LOW;
-
if (HAL_DMA_Init(&hdma_sdio) != HAL_OK)
-
{
-
Error_Handler();
-
}
-
__HAL_LINKDMA(hsd,hdmarx,hdma_sdio);
-
MX_SDIO_SD_Init();
-
Return_Status = HAL_SD_WriteBlocks_DMA(hsd,pData, BlockAdd, NumberOfBlocks);
-
return Return_Status;
-
}
主函数里代码如下:
-
/* USER CODE BEGIN 2 */
-
HAL_StatusTypeDef Return_Status;
-
memset(Buffer_Tx_DMA, 0x55, sizeof(Buffer_Tx_DMA));
-
Return_Status = SDIO_WriteBlocks_DMA(&hsd,Buffer_Tx_DMA, 0, 1);
-
printf("write status :%d\r\n",Return_Status);
-
Return_Status = SDIO_ReadBlocks_DMA(&hsd,Buffer_Rx_DMA, 0, 2);
-
printf("read status :%d\r\n",Return_Status);
-
//查看读取到的数据
-
for(i = 0; i < sizeof(Buffer_Rx_DMA)/sizeof(Buffer_Rx_DMA[0]); i++)
-
{
-
printf("0x%02x:%02x ", i, Buffer_Rx_DMA[i]);
-
}
-
/* USER CODE END 2 */
** 六、结果分析**
1、输入的函数参数是扇区编号,而不是实际偏移地址。
SD卡的扇区大小是512byte ,所以每个扇区的偏移地址是0x200
这里的参数要传入SD卡扇区的编号,而不是地址,进入原函数我们可以看到官方内部已经帮我们做好了地址偏移。
2、测试结果