本帖最后由 正点原子运营 于 2023-2-6 11:13 编辑
第四十五章 SD卡实验
1）实验平台：正点原子MiniPro STM32H750开发板
2) 章节摘自【正点原子】MiniPro STM32H750 开发指南_V1.1
3）购买链接:https://detail.tmall.com/item.htm?id=677017430560
4）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/docs/boar ... 32h750_minipro.html
5）正点原子官方B站：https://space.bilibili.com/394620890
6）MiniPro STM32H750技术交流QQ群:170313895
45.3 SD卡初始化流程
45.3.1 SDIO模式下的SD卡初始化这一节，我们来看看SD卡的初始化流程，要实现SDIO驱动SD卡，最重要的步骤就是SD卡的初始化，只要SD卡初始化完成了，那么剩下的（读写操作）就简单了，所以我们这里重点介绍SD卡的初始化。从《SD卡2.0协议》（见光盘资料）文档，我们得到SD卡初始化流程图如图45.3.1.1所示： 图45.3.1.1 SD卡初始化流程（Card Initialization andIdentification Flow (SD mode)）
从图中，我们看到，不管什么卡（这里我们将卡分为4类：SD2.0高容量卡（SDHC，最大32G），SDv2.0标准容量卡（SDSC，最大2G），SD1.x卡和MMC卡），首先我们要执行的是卡上电（需要设置SDIO_POWER[1:0]=11），上电后发送CMD0，对卡进行软复位，之后发送CMD8命令，用于区分SD卡2.0，只有2.0及以后的卡才支持CMD8命令，MMC卡和V1.x的卡，是不支持该命令的。CMD8的格式如表45.3.1.1所示： 表45.3.1.1 CMD8命令格式
这里，我们需要在发送CMD8的时候，通过其带的参数我们可以设置VHS位，以告诉SD卡，主机的供电情况，VHS位定义如表45.3.1.2所示： 表45.3.1.2 VHS位定义
这里我们使用参数0X1AA，即告诉SD卡，主机供电为2.7~3.6V之间，如果SD卡支持CMD8，且支持该电压范围，则会通过CMD8的响应（R7）将参数部分原本返回给主机，如果不支持CMD8，或者不支持这个电压范围，则不响应。 在发送CMD8后，发送ACMD41（注意发送ACMD41之前要先发送CMD55），来进一步确认卡的操作电压范围，并通过HCS位来告诉SD卡，主机是不是支持高容量卡（SDHC）。ACMD41的命令格式如表45.3.5.3所示： 表45.3.5.3 ACMD41命令格式
ACMD41得到的响应（R3）包含SD卡OCR寄存器内容，OCR寄存器内容定义如表45.3.5.4所示： 表45.3.5.4 OCR寄存器定义
对于支持CMD8指令的卡，主机通过ACMD41的参数设置HCS位为1，来告诉SD卡主机支SDHC卡，如果设置为0，则表示主机不支持SDHC卡，SDHC卡如果接收到HCS为0，则永远不会反回卡就绪状态。对于不支持CMD8的卡，HCS位设置为0即可。
SD卡在接收到ACMD41后，返回OCR寄存器内容，如果是2.0的卡，主机可以通过判断OCR的CCS位来判断是SDHC还是SDSC；如果是1.x的卡，则忽略该位。OCR寄存器的最后一个位用于告诉主机SD卡是否上电完成，如果上电完成，该位将会被置1。
对于MMC卡，则不支持ACMD41，不响应CMD55，对MMC卡，我们只需要在发送CMD0后，在发送CMD1（作用同ACMD41），检查MMC卡的OCR寄存器，实现MMC卡的初始化。
至此，我们便实现了对SD卡的类型区分，图45.1.5.1中，最后发送了CMD2和CMD3命令，用于获得卡CID寄存器数据和卡相对地址（RCA）。
CMD2，用于获得CID寄存器的数据，CID寄存器数据各位定义如表45.3.5.5所示： 表45.3.5.5 卡CID寄存器位定义
SD卡在收到CMD2后，将返回R2长响应（136位），其中包含128位有效数据（CID寄存器内容），存放在SDIO_RESP1~4等4个寄存器里面。通过读取这四个寄存器，就可以获得SD卡的CID信息。
CMD3，用于设置卡相对地址（RCA，必须为非0），对于SD卡（非MMC卡），在收到CMD3后，将返回一个新的RCA给主机，方便主机寻址。RCA的存在允许一个SDIO接口挂多个SD卡，通过RCA来区分主机要操作的是哪个卡。而对于MMC卡，则不是由SD卡自动返回RCA，而是主机主动设置MMC卡的RCA，即通过CMD3带参数（高16位用于RCA设置），实现RCA设置。同样MMC卡也支持一个SDIO接口挂多个MMC卡，不同于SD卡的是所有的RCA都是由主机主动设置的，而SD卡的RCA则是SD卡发给主机的。
在获得卡RCA之后，我们便可以发送CMD9（带RCA参数），获得SD卡的CSD寄存器内容，从CSD寄存器，我们可以得到SD卡的容量和扇区大小等十分重要的信息。CSD寄存器我们在这里就不详细介绍了，关于CSD寄存器的详细介绍，请大家参考《SD卡2.0协议.pdf》。
至此，我们的SD卡初始化基本就结束了，最后通过CMD7命令，选中我们要操作的SD卡，即可开始对SD卡的读写操作了，SD卡的其他命令和参数，我们这里就不再介绍了，请大家参考《SD卡2.0协议.pdf》，里面有非常详细的介绍。
45.3.2 SPI模式下的SD卡初始化STM32的SDIO驱动模式和SPI模式不兼容，二者使用时需要区分开来。《SD卡2.0协议.pdf》中提供了SD卡的SPI初始化时序，我们可以按它建议的流程进行SD卡的初始化，如图45.3.2.1所示。 图45.3.2.1 SD卡的SPI初始化流程（SPI Mode Initialization Flow）
要使用SPI模式驱动SD卡，先得让SD卡进入SPI模式。方法如下：在SD卡收到复位命令（CMD0）时，CS为有效电平（低电平）则SPI模式被启用。不过在发送CMD0之前，要发送>74个时钟，这是因为SD卡内部有个供电电压上升时间，大概为64个CLK，剩下的10个CLK用于SD卡同步，之后才能开始CMD0的操作，在卡初始化的时候，CLK时钟最大不能超过400Khz！
接着我们看看SD卡的初始化，由前面SD卡的基本介绍，我们知道SD卡是先发送数据高位的，SD卡的典型初始化过程如下： 1、初始化与SD卡连接的硬件条件（MCU的SPI配置，IO口配置）； 2、拉低片选信号，上电延时（>74个CLK）； 3、复位卡（CMD0），进入IDLE状态； 4、发送CMD8，检查是否支持2.0协议； 5、根据不同协议检查SD卡（命令包括：CMD55、ACMD41、CMD58和CMD1等）； 6、取消片选，发多8个CLK，结束初始化
这样我们就完成了对SD卡的初始化，注意末尾发送的8个CLK是提供SD卡额外的时钟，完成某些操作。通过SD卡初始化，我们可以知道SD卡的类型（V1、V2、V2HC或者MMC），在完成了初始化之后，就可以开始读写数据了。
SD卡单扇区读取数据，这里通过CMD17来实现，具体过程如下： 1、发送CMD17； 2、接收卡响应R1； 3、接收数据起始令牌0XFE； 4、接收数据； 5、接收2个字节的CRC，如果不使用CRC，这两个字节在读取后可以丢掉。 6、禁止片选之后，发多8个CLK；
以上就是一个典型的读取SD卡数据过程，SD卡的写于读数据差不多，写数据通过CMD24来实现，具体过程如下： 1、发送CMD24; 2、接收卡响应R1； 3、发送写数据起始令牌0XFE； 4、发送数据； 5、发送2字节的伪CRC； 6、禁止片选之后，发多8个CLK；
以上就是一个典型的写SD卡过程。关于SD卡的介绍，我们就介绍到这里，更详细的介绍请参考光盘资料→7，硬件资料→SD卡资料→SD卡V2.0协议。
45.4硬件设计
1. 例程功能本章实验功能简介：开机的时候先初始化SD卡，如果SD卡初始化完成，则提示LCD初始化成功。按下KEY0，读取SD卡扇区0的数据，然后通过串口发送到电脑。如果没初始化通过，则在LCD上提示初始化失败。同样用LED0来指示程序正在运行。
2. 硬件资源1）RGB灯 RED：LED0 - PB4 2）独立按键 KEY0 - PA1 3）正点原子2.8/3.5/4.3/7/10寸TFTLCD模块(仅限MCU屏，16位8080并口驱动) 4）串口1 (PA9/PA10连接在板载USB转串口芯片CH340上面) 5）SD卡，通过SDMMC1(SDMMC_D0~D4(PC8~PC11),SDMMC_SCK(PC12),SDMMC_CMD(PD2))连接
3. 原理图前面介绍SD卡时我们已经介绍了SD卡对外的接口部分，实际上SD卡对于我们来说是可以灵活变更的部分，实际使用时，业界常用SD卡卡座用于专门放置SD卡。
下面我们介绍一下板载的SD卡接口和STM32的连接关系，如图45.4.1所示： 图45.4.1 SD卡接口与STM32连接原理图
microSD卡座在开发板背面近，卡座和STM32开发板上是直接连接在一起的，硬件上不需要任何改动。
45.5 程序设计
45.4.1 SD卡的HAL库驱动STM32的HAL库为SD卡操作封装了一些函数，主要存放在stm32h7xx_hal_sd.c/h下，下面我们来分析我们主要使用到的几个函数。
1. HAL_SD_Init函数 要使用一个外设首先要对它进行初始化，所以先看SD卡的初始化函数，其声明如下： - HAL_StatusTypeDef HAL_SD_Init(SD_HandleTypeDef *hsd)
l 函数描述： 根据SD参数，初始化SDIO外设以便后续操作SD卡。
l 函数形参： 形参1是SD卡的句柄，结构体类型是SD_HandleTypeDef，我们不使用USE_HAL_SD_REGISTER_CALLBACKS宏来拓展SD卡的自定义函数，精简后其定义如下： - /**
- *@brief SD操作句柄结构体定义
- */
- typedef struct
- {
- SD_TypeDef *Instance; /* SD相关寄存器基地址 */
- SD_InitTypeDef Init; /* SDIO初始化变量 */
- HAL_LockTypeDef Lock; /* 互斥锁，用于解决外设访问冲突 */
- uint8_t *pTxBuffPtr; /* SD发送数据指针 */
- uint32_t TxXferSize; /* SD发送缓存按字节数的大小 */
- uint8_t *pRxBuffPtr; /* SD接收数据指针 */
- uint32_t RxXferSize; /* SD接收缓存按字节数的大小 */
- __IOuint32_t Context; /* HAL库对SD卡的操作阶段 */
- __IOHAL_SD_StateTypeDef State; /* SD卡操作状态 */
- __IOuint32_t ErrorCode; /* SD卡错误代码 */
- HAL_SD_CardInfoTypeDef SdCard; /* SD卡信息的 */
- uint32_t CSD[4]; /* 保存SD卡CSD寄存器信息 */
- uint32_t CID[4]; /* 保存SD卡CID寄存器信息 */
- }SD_HandleTypeDef;
上面的初始化结构体中HAL_SD_CardInfoTypeDef用于初始化后提取卡信息，包括卡类型、容量等参数。 - /**
- *@brief SD 卡信息结构定义
- */
- typedef struct
- {
- uint32_t CardType; /* 存储卡类型标记：标准卡、高速卡 */
- uint32_t CardVersion; /* 存储卡版本 */
- uint32_t Class; /* 卡类型 */
- uint32_t RelCardAdd; /* 卡相对地址 */
- uint32_t BlockNbr; /* 卡存储块数 */
- uint32_t BlockSize; /* SD卡每个存储块大小 */
- uint32_t LogBlockNbr; /* 以块表示的卡逻辑容量 */
- uint32_t LogBlockSize; /* 以字节为单位的逻辑块大小 */
- uint32_t CardSpeed; /* 指定卡的速度 */
- }HAL_SD_CardInfoTypeDef;
l 函数返回值： HAL_StatusTypeDef枚举类型的值，有4个，分别是HAL_OK表示成功，HAL_ERROR表示错误，HAL_BUSY表示忙碌，HAL_TIMEOUT超时。后续遇到该结构体也是一样的。只有返回HAL_OK才是正常的卡初始化状态，遇到其它状态则需要结合硬件分析一下代码。
2. HAL_SD_ConfigWideBusOperation函数 SD卡上电后默认使用1 位数据总线进行数据传输，卡如果允许，可以在初始化完成后重新设置SD卡的数据位宽以加快数据传输过程： - HAL_StatusTypeDefHAL_SD_ConfigWideBusOperation(SD_HandleTypeDef *hsd,uint32_t WideMode);
l 函数描述： 这个函数用于设置数据总线格式的数据宽度，用于加快卡的数据访问速度，当然前提是硬件连接和卡本身能支持这样操作。
l 函数形参： 形参1是SD卡的句柄，结构体类型是SD_HandleTypeDef，此函数需要在SDIO初始化结束后才能使用，我们需要通过使用初始化后的SDIO结构体的句柄访问外设。 形参2是总线宽度，根据函数的形参检查规则我们可知它实际上只有三个可选值： - #define SDMMC_BUS_WIDE_1B ((uint32_t)0x00000000U)
- #define SDMMC_BUS_WIDE_4B SDMMC_CLKCR_WIDBUS_0
- #define SDMMC_BUS_WIDE_8B SDMMC_CLKCR_WIDBUS_1
l 函数返回值： HAL_StatusTypeDef类型的函数，返回值同样是需要获取到HAL_OK表示成功。
3. HAL_SD_ReadBlocks函数 SD卡初始化后从SD卡的指定扇区读数据： - HAL_StatusTypeDef HAL_SD_ReadBlocks (SD_HandleTypeDef *hsd, uint8_t *pData,uint32_t BlockAdd, uint32_t NumberOfBlocks, uint32_t Timeout);
这个函数是直接读取，不使用硬件中断。
l 函数描述： 从SD卡的指定扇区读取一定数量的数据。
l 函数形参： 形参1是SD卡的句柄，结构体类型是SD_HandleTypeDef，此函数需要在SDIO初始化结束后才能使用，我们需要通过使用初始化后的SDIO结构体的句柄访问外设。 形参2 pData是一个指向8位类型的数据指针缓冲，它用于接收我们需要的数据。 形参3BlockAdd指向我们需要访问的数据扇区，对于任意的存储都是类似的，像SD卡这样的大存储块也同样是通过位置标识来访问不同的数据。 形参4 NumberOfBlocks对应的是我们本次要从指定扇区读取的字节数。 形参5Timeout表示读的超时时间。HAL库驱动在达到超时时间前还没读到数据会进行重试和等待，达到超时时间后或者本次读取成功才退出本次操作。
l 函数返回值： HAL_StatusTypeDef类型的函数，返回值同样是需要获取到HAL_OK表示成功。 类似功能的函数还有，我们的例程没有使用DMA和中断方式，故不使用以下两个接口： - HAL_StatusTypeDef HAL_SD_ReadBlocks_IT (SD_HandleTypeDef *hsd, uint8_t *pData,uint32_t BlockAdd, uint32_t NumberOfBlocks);
- HAL_StatusTypeDef HAL_SD_ReadBlocks_DMA (SD_HandleTypeDef *hsd, uint8_t *pData,uint32_t BlockAdd, uint32_t NumberOfBlocks);
它们分别使用了中断方式和DMA方式来实现类似的功能，它们的调用非常相似
4. HAL_SD_WriteBlocks函数 SD卡初始化后，在SD卡的指定扇区写入数据： - HAL_StatusTypeDef HAL_SD_WriteBlocks (SD_HandleTypeDef *hsd, uint8_t *pData,uint32_t BlockAdd, uint32_t NumberOfBlocks, uint32_t Timeout);
l 函数描述： 从SD卡的指定扇区读取一定数量的数据。
l 函数形参： 形参1是SD卡的句柄，结构体类型是SD_HandleTypeDef，此函数需要在SDIO初始化结束后才能使用，我们需要通过使用初始化后的SDIO结构体的句柄访问外设。 形参2 pData是一个指向8位类型的数据指针缓冲，它用于接收我们需要的数据。 形参3 BlockAdd指向我们需要访问的数据扇区，对于任意的存储都是类似的，像SD卡这样的大存储块也同样是通过位置标识来访问不同的数据。 形参4NumberOfBlocks对应的是我们本次要从指定扇区读取的字节数。 形参5Timeout表示写动作的超时时间。HAL库驱动在达到超时时间前还没读到数据会进行重试和等待，达到超时时间后或者本次写入成功才退出本次操作。
l 函数返回值： HAL_StatusTypeDef类型的函数，返回值同样是需要获取到HAL_OK表示成功。 类似于读函数，写函数同样有中断版本，我们的例程没有使用DMA和中断方式，故不使用以下两个接口： - HAL_StatusTypeDef HAL_SD_WriteBlocks_IT (SD_HandleTypeDef *hsd, uint8_t *pData,uint32_t BlockAdd, uint32_t NumberOfBlocks);
- HAL_StatusTypeDef HAL_SD_WriteBlocks_DMA(SD_HandleTypeDef *hsd, uint8_t *pData,uint32_t BlockAdd, uint32_t NumberOfBlocks);
它们分别使用了中断方式和DMA方式来实现类似的功能，它们的调用非常相似，这里就不重复介绍了，大家查看对应的函数实现即可。
5. HAL_SD_GetCardInfo函数 SD卡初始化后，根据设备句柄读SD卡的相关状态信息： - HAL_StatusTypeDef HAL_SD_GetCardInfo(SD_HandleTypeDef *hsd,HAL_SD_CardInfoTypeDef *pCardInfo);
l 函数描述： 从SD卡的指定扇区读取一定数量的数据。
l 函数形参： 形参1是SD卡的句柄，结构体类型是SD_HandleTypeDef，此函数需要在SDIO初始化结束后才能使用，我们需要通过使用初始化后的SDIO结构体的句柄访问外设。 形参2 pData是一个指向8位类型的数据指针缓冲，它用于接收我们需要的数据。 形参3 BlockAdd指向我们需要访问的数据扇区，对于任意的存储都是类似的，像SD卡这样的大存储块也同样是通过位置标识来访问不同的数据。 形参4 NumberOfBlocks对应的是我们本次要从指定扇区读取的字节数。 形参5Timeout表示读的超时时间。HAL库驱动在达到超时时间前还没读到数据会进行重试和等待，达到超时时间后才退出本次操作。
l 函数返回值： HAL_StatusTypeDef类型的函数，返回值同样是需要获取到HAL_OK表示成功。类似的函数还有： - HAL_StatusTypeDef HAL_SD_SendSDStatus(SD_HandleTypeDef *hsd, uint32_t *pSDstatus);
- HAL_SD_CardStateTypeDef HAL_SD_GetCardState(SD_HandleTypeDef *hsd);
- HAL_StatusTypeDef HAL_SD_GetCardCID(SD_HandleTypeDef *hsd,HAL_SD_CardCIDTypeDef *pCID);
- HAL_StatusTypeDef HAL_SD_GetCardCSD(SD_HandleTypeDef *hsd,HAL_SD_CardCSDTypeDef *pCSD);
- HAL_StatusTypeDef HAL_SD_GetCardStatus(SD_HandleTypeDef *hsd,HAL_SD_CardStatusTypeDef *pStatus);
- HAL_StatusTypeDef HAL_SD_GetCardInfo(SD_HandleTypeDef *hsd, HAL_SD_CardInfoTypeDef*pCardInfo);
它们分别使用了中断方式和DMA方式来实现类似的功能，它们的调用非常相似。
SDMMC驱动SD卡配置步骤 1）使能SDMMC和相关GPIO时钟，并设置好GPIO工作模式 我们通过SDMMC读写SD卡，所以先需要使能SDMMC以及相关GPIO口的时钟，并设置好GPIO的工作模式。
2）初始化SDMMC HAL库通过SDMMC_Init完成对SDMMC的初始化，不过我们并不直接调用该函数，而是通过： HAL_SD_InitàHAL_SD_InitCardàSDMMC_Init的调用关系，来完成对SDMMC的初始化。我们只需要配置好SDMMC相关工作参数，然后调用HAL_SD_Init函数即可，详见本例程源码。
3）初始化SD卡 HAL库通过HAL_SD_InitCard函数完成对SD卡的初始化，如上可知，我们也只需要调用HAL_SD_Init函数，即可完成对SD卡的初始化。
4）实现SD卡读取&写入函数 在初始化SDMMC和SD卡完成以后，我们就可以访问SD卡了，HAL库提供了两个基本的SD卡读写函数：HAL_SD_ReadBlocks和HAL_SD_WriteBlocks，用于读取和写入SD卡。我们对这两个函数再进行一次封装，以便更好的适配文件系统，再封装后，我们使用：sd_read_disk来读取SD卡，使用：sd_write_disk来写入SD卡，详见本例程源码。
45.4.2 程序流程图
图45.4.2.1 SD读写实验程序流程图
45.4.3 程序解析
1. SDMMC驱动代码这里我们只讲解核心代码，详细的源码请大家参考光盘本实验对应源码。SDMMC驱动源码包括两个文件：sdmmc_sdcard.c和sdmmc_sdcard.h。
首先是sdmmc_sdcard.h文件，根据我们STM32的复用功能和我们的硬件设计，我们把用到的管脚用宏定义，需要更换其它的引脚时也可以通过修改宏实现快速移植，它们列出如下： - /*****************************************************************************/
- /* SDMMC1的信号线: SD1_D0 ~ SD1_D3/SD1_CLK/SD1_CMD 引脚 定义
- * 如果你使用了其他引脚做SDMMC1的信号线,修改这里写定义即可适配.
- * 注意, 这里仅支持SDMMC1, 我们使用的也是SDMMC1. 不支持SDMMMC2.
- * 另外, 由于SDMMC1的IO口复用功能都是AF12, 这里就不独立再定义每个IO口的AF功能了
- */
- #define SD1_D0_GPIO_PORT GPIOC
- #define SD1_D0_GPIO_PIN GPIO_PIN_8
- #define SD1_D0_GPIO_CLK_ENABLE()
- do{ __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();}while(0) /* 所在IO口时钟使能 */
- #define SD1_D1_GPIO_PORT GPIOC
- #define SD1_D1_GPIO_PIN GPIO_PIN_9
- #define SD1_D1_GPIO_CLK_ENABLE()
- do{ __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE(); }while(0) /* 所在IO口时钟使能 */
- #define SD1_D2_GPIO_PORT GPIOC
- #define SD1_D2_GPIO_PIN GPIO_PIN_10
- #define SD1_D2_GPIO_CLK_ENABLE()
- do{ __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE(); }while(0) /* 所在IO口时钟使能 */
- #define SD1_D3_GPIO_PORT GPIOC
- #define SD1_D3_GPIO_PIN GPIO_PIN_11
- #define SD1_D3_GPIO_CLK_ENABLE()
- do{ __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE(); }while(0) /* 所在IO口时钟使能 */
- #define SD1_CLK_GPIO_PORT GPIOC
- #define SD1_CLK_GPIO_PIN GPIO_PIN_12
- #define SD1_CLK_GPIO_CLK_ENABLE()
- do{ __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE(); }while(0) /* 所在IO口时钟使能 */
- #define SD1_CMD_GPIO_PORT GPIOD
- #define SD1_CMD_GPIO_PIN GPIO_PIN_2
- #define SD1_CMD_GPIO_CLK_ENABLE()
- do{ __HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE(); }while(0) /* 所在IO口时钟使能 */
- /*****************************************************************************/
- #define SD_TIMEOUT ((uint32_t)100000000) /* 超时时间 */
- #define SD_TRANSFER_OK ((uint8_t)0x00) /* 传输完成 */
- #define SD_TRANSFER_BUSY ((uint8_t)0x01) /* 卡正忙 */
sdio_sdcard.c我们主要介绍三个函数：sd_init、sd_read_disk和sd_write_disk。
1） sd_init函数 sd_init的设计就比较简单了，我们只需要填充SDMMC结构体的控制句柄，然后使用HAL库的HAL_SD_Init初始化函数即可，在此过程中HAL_SD_Init 会调用HAL_SD_MspInit函数回调函数，根据外设的情况，我们可以设置数据总线宽度为4位： - /**
- *@brief 初始化SD卡
- *@param 无
- *@retval 返回值:0 初始化正确；其他值，初始化错误
- */
- uint8_t sd_init(void)
- {
- uint8_t SD_Error;
- /* 初始化时的时钟不能大于400KHZ */
- g_sd_handle.Instance = SDMMC1;
- g_sd_handle.Init.ClockEdge =SDMMC_CLOCK_EDGE_RISING; /* 上升沿 */
- /* 空闲时不关闭时钟电源 */
- g_sd_handle.Init.ClockPowerSave=SDMMC_CLOCK_POWER_SAVE_DISABLE;
- g_sd_handle.Init.BusWide = SDMMC_BUS_WIDE_4B; /* 4位数据线 */
- /* 关闭硬件流控 */
- g_sd_handle.Init.HardwareFlowControl=SDMMC_HARDWARE_FLOW_CONTROL_DISABLE;
- g_sd_handle.Init.ClockDiv =SDMMC_NSpeed_CLK_DIV;/* SD传输时钟频率最大25MHZ */
- SD_Error = HAL_SD_Init(&g_sd_handle);
- if (SD_Error != HAL_OK)
- {
- return 1;
- }
- HAL_SD_GetCardInfo(&g_sd_handle, &g_sd_card_info_handle); /* 获取SD卡信息 */
- return 0;
- }
- /**
- *@brief SDMMC底层驱动，时钟使能，引脚配置，DMA配置
- *@param hsd:SD卡句柄
- *@note 此函数会被HAL_SD_Init()调用
- *@retval 无
- */
- voidHAL_SD_MspInit(SD_HandleTypeDef*hsd)
- {
- GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
- __HAL_RCC_SDMMC1_CLK_ENABLE(); /* 使能SDMMC1时钟 */
- SD1_D0_GPIO_CLK_ENABLE(); /* D0引脚IO时钟使能 */
- SD1_D1_GPIO_CLK_ENABLE(); /* D1引脚IO时钟使能 */
- SD1_D2_GPIO_CLK_ENABLE(); /* D2引脚IO时钟使能 */
- SD1_D3_GPIO_CLK_ENABLE(); /* D3引脚IO时钟使能 */
- SD1_CLK_GPIO_CLK_ENABLE(); /* CLK引脚IO时钟使能 */
- SD1_CMD_GPIO_CLK_ENABLE(); /* CMD引脚IO时钟使能 */
- gpio_init_struct.Pin = SD1_D0_GPIO_PIN;
- gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; /* 推挽复用 */
- gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP; /* 上拉 */
- gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH; /* 高速 */
- gpio_init_struct.Alternate = GPIO_AF12_SDIO1; /* 复用为SDIO */
- HAL_GPIO_Init(SD1_D0_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 初始化D0引脚 */
- gpio_init_struct.Pin = SD1_D1_GPIO_PIN;
- HAL_GPIO_Init(SD1_D1_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 初始化D1引脚 */
- gpio_init_struct.Pin = SD1_D2_GPIO_PIN;
- HAL_GPIO_Init(SD1_D2_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 初始化D2引脚 */
- gpio_init_struct.Pin = SD1_D3_GPIO_PIN;
- HAL_GPIO_Init(SD1_D3_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 初始化D3引脚 */
- gpio_init_struct.Pin = SD1_CLK_GPIO_PIN;
- HAL_GPIO_Init(SD1_CLK_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 初始化CLK引脚 */
- gpio_init_struct.Pin = SD1_CMD_GPIO_PIN;
- HAL_GPIO_Init(SD1_CMD_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 初始化CMD引脚 */
- }
2） sd_read_disk函数 这个函数比较简单，实际上我们使用它来对HAL库的读函数HAL_SD_ReadBlocks进行了二次封装，并在最后加入了状态判断以使后续操作（实际上这部分代码也可以省略），直接根据读函数返回值自己作其它处理。为了保护SD卡的数据操作，我们在进行操作时暂时关闭了中断以防止数据读过程发生意外。 - /**
- *@brief 读SD卡数据
- *@param buf:读数据缓存区
- *@param sector:扇区地址
- *@param cnt:扇区个数
- *@retval 返回值:0,正常;其他,错误;
- */
- uint8_t sd_read_disk(uint8_t* buf, uint32_t sector, uint32_t cnt)
- {
- uint8_t sta = HAL_OK;
- uint32_t timeout = SD_TIMEOUT;
- long long lsector = sector;
- INTX_DISABLE(); /* 关闭总中断(POLLING模式,严禁中断打断SDIO读写操作!!!) */
- sta =HAL_SD_ReadBlocks(&g_sd_handle, (uint8_t*)buf,lsector, cnt,
- SD_TIMEOUT); /* 多个sector的读操作 */
- /* 等待SD卡读完 */
- while (get_sd_card_state() != SD_TRANSFER_OK)
- {
- if (timeout-- == 0)
- {
- sta =SD_TRANSFER_BUSY;
- break;
- }
- }
- INTX_ENABLE(); /* 开启总中断 */
- return sta;
- }
3） sd_write_disk函数 这个函数比较简单，实际上我们使用它来对HAL库的读函数HAL_SD_WriteBlocks进行了二次封装，并在最后加入了状态判断以使后续操作（实际上这部分代码也可以省略），直接根据读函数返回值自己作其它处理。为了保护SD卡的数据操作，我们在进行操作时暂时关闭了中断以防止数据写过程发生意外。 - /**
- *@brief 写数据到SD卡
- *@param buf:写数据缓存区
- *@param sector:扇区地址
- *@param cnt:扇区个数
- *@retval 返回值:0,正常;其他,错误;
- */
- uint8_t sd_write_disk(uint8_t *buf, uint32_t sector, uint32_t cnt)
- {
- uint8_t sta = HAL_OK;
- uint32_t timeout = SD_TIMEOUT;
- long long lsector = sector;
- INTX_DISABLE(); /* 关闭总中断(POLLING模式,严禁中断打断SDIO读写操作!!!) */
- sta =HAL_SD_WriteBlocks(&g_sd_handle, (uint8_t*)buf, lsector, cnt,
- SD_TIMEOUT); /* 多个sector的写操作 */
- /* 等待SD卡写完 */
- while (get_sd_card_state() != SD_TRANSFER_OK)
- {
- if (timeout-- == 0)
- {
- sta =SD_TRANSFER_BUSY;
- break;
- }
- }
- INTX_ENABLE(); /* 开启总中断 */
- return sta;
- }
在main.c就比较简单了，按照我们的流程图的思路，为了方便测试，我们编写了sd_test_read()\sd_test_write()\show_sdcard_info()三个函数分别用于读写测试和卡信息打印，也都是基于对前面HAL库的代码进行简单地调用，代码也比较容易看懂，这里就不单独介绍这几个函数了，大家查看光盘中的源代码即可。
最后，我们在main.c编写的程序如下： - /**
- *@brief 通过串口打印SD卡相关信息
- *@param 无
- *@retval 无
- */
- voidshow_sdcard_info(void)
- {
- uint64_t card_capacity; /* SD卡容量 */
- HAL_SD_CardCIDTypeDef sd_card_cid;
- HAL_SD_GetCardCID(&g_sd_handle, &sd_card_cid); /* 获取CID */
- get_sd_card_info(&g_sd_card_info_handle); /* 获取SD卡信息 */
- switch (g_sd_card_info_handle.CardType)
- {
- case CARD_SDSC:
- {
- if (g_sd_card_info_handle.CardVersion == CARD_V1_X)
- {
- printf("Card Type:SDSC V1\r\n");
- }
- else if (g_sd_card_info_handle.CardVersion == CARD_V2_X)
- {
- printf("Card Type:SDSC V2\r\n");
- }
- }
- break;
- caseCARD_SDHC_SDXC:
- printf("Card Type:SDHC\r\n");
- break;
- }
- card_capacity = (uint64_t)(g_sd_card_info_handle.LogBlockNbr) *
- (uint64_t)(g_sd_card_info_handle.LogBlockSize); /* 计算SD卡容量 */
- /* 制造商ID */
- printf("CardManufacturerID:%d\r\n", sd_card_cid.ManufacturerID);
- /* 卡相对地址 */
- printf("CardRCA:%d\r\n", g_sd_card_info_handle.RelCardAdd);
- printf("LogBlockNbr:%d\r\n",
- (uint32_t)(g_sd_card_info_handle.LogBlockNbr)); /* 显示逻辑块数量 */
- printf("LogBlockSize:%d\r\n",
- (uint32_t)(g_sd_card_info_handle.LogBlockSize)); /* 显示逻辑块大小 */
- /* 显示容量 */
- printf("CardCapacity:%d MB\r\n", (uint32_t)(card_capacity >> 20));
- /* 显示块大小 */
- printf("CardBlockSize:%d\r\n\r\n", g_sd_card_info_handle.BlockSize);
- }
- /**
- *@brief 测试SD卡的读取
- * @note 从secaddr地址开始,读取seccnt个扇区的数据
- *@param secaddr : 扇区地址
- *@param seccnt : 扇区数
- *@retval 无
- */
- void sd_test_read(uint32_t secaddr, uint32_t seccnt)
- {
- uint32_t i;
- uint8_t *buf;
- uint8_t sta = 0;
- buf= mymalloc(SRAMIN, seccnt * 512); /* 申请内存,从SDRAM申请内存 */
- sta= sd_read_disk(buf, secaddr, seccnt); /* 读取secaddr扇区开始的内容 */
- if (sta == 0)
- {
- printf("SECTOR%d DATA:\r\n", secaddr);
- for (i = 0; i < seccnt * 512; i++)
- {
- printf("%x", buf); /* 打印secaddr开始的扇区数据 */
- }
- printf("\r\nDATAENDED\r\n");
- }
- else printf("err:%d\r\n", sta);
- myfree(SRAMIN, buf); /* 释放内存 */
- }
- /**
- *@brief 测试SD卡的写入
- * @note 从secaddr地址开始,写入seccnt个扇区的数据
- * 慎用!! 最好写全是0XFF的扇区,否则可能损坏SD卡.
- *
- *@param secaddr : 扇区地址
- *@param seccnt : 扇区数
- *@retval 无
- */
- voidsd_test_write(uint32_t secaddr, uint32_t seccnt)
- {
- uint32_t i;
- uint8_t *buf;
- uint8_t sta = 0;
- buf= mymalloc(SRAMIN, seccnt * 512); /* 从SDRAM申请内存 */
- for (i = 0; i < seccnt * 512; i++) /* 初始化写入的数据,是3的倍数. */
- {
- buf = i * 3;
- }
- /* 从secaddr扇区开始写入seccnt个扇区内容 */
- sta=sd_write_disk(buf, secaddr, seccnt);
- if (sta == 0)
- {
- printf("Writeover!\r\n");
- }
- else printf("err:%d\r\n", sta);
- myfree(SRAMIN, buf); /* 释放内存 */
- }
- int main(void)
- {
- uint8_t key;
- uint32_t sd_size;
- uint8_t t = 0;
- uint8_t *buf;
- uint64_t card_capacity; /* SD卡容量 */
- sys_cache_enable(); /* 打开L1-Cache */
- HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */
- sys_stm32_clock_init(240, 2, 2, 4); /* 设置时钟, 480Mhz */
- delay_init(480); /* 延时初始化 */
- usart_init(115200); /* 串口初始化为115200 */
- usmart_dev.init(240); /* 初始化USMART */
- mpu_memory_protection(); /* 保护相关存储区域 */
- led_init(); /* 初始化LED */
- lcd_init(); /* 初始化LCD */
- key_init(); /* 初始化按键 */
- my_mem_init(SRAMIN); /* 初始化内部内存池(AXI) */
- my_mem_init(SRAM12); /* 初始化SRAM12内存池(SRAM1+SRAM2) */
- my_mem_init(SRAM4); /* 初始化SRAM4内存池(SRAM4) */
- my_mem_init(SRAMDTCM); /* 初始化DTCM内存池(DTCM) */
- my_mem_init(SRAMITCM); /* 初始化ITCM内存池(ITCM) */
- lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
- lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "SD TEST", RED);
- lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
- lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "KEY0:ReadSector 0", RED);
- while (sd_init()) /* 检测不到SD卡 */
- {
- lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "SD CardError!", RED);
- delay_ms(500);
- lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "PleaseCheck! ", RED);
- delay_ms(500);
- LED0_TOGGLE(); /* 红灯闪烁 */
- }
- /* 打印SD卡相关信息 */
- show_sdcard_info();
- /* 检测SD卡成功 */
- lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "SD CardOK ", BLUE);
- lcd_show_string(30, 170, 200, 16, 16, "SD CardSize: MB", BLUE);
- card_capacity = (uint64_t)(g_sd_card_info_handle.LogBlockNbr) *
- (uint64_t)(g_sd_card_info_handle.LogBlockSize); /* 计算SD卡容量 */
- /* 显示SD卡容量 */
- lcd_show_num(30 + 13 * 8, 170, card_capacity >> 20, 5, 16, BLUE);
- while (1)
- {
- key = key_scan(0);
- if (key == KEY0_PRES) /* KEY0按下了 */
- {
- buf = mymalloc(0, 512); /* 申请内存 */
- key = sd_read_disk(buf, 0, 1);
- if (key == 0) /* 读取0扇区的内容 */
- {
- lcd_show_string(30, 190, 200, 16, 16,
- "USART1 Sending Data...", BLUE);
- printf("SECTOR 0 DATA:\r\n");
- for (sd_size = 0; sd_size < 512; sd_size++)
- {
- printf("%x ", buf[sd_size]); /* 打印0扇区数据 */
- }
- printf("\r\nDATA ENDED\r\n");
- lcd_show_string(30, 190, 200, 16, 16,
- "USART1 Send Data Over!", BLUE);
- }
- else printf("err:%d\r\n", key);
- myfree(0, buf); /* 释放内存 */
- }
- t++;
- delay_ms(10);
- if (t == 20)
- {
- LED0_TOGGLE(); /* 红灯闪烁 */
- t = 0;
- }
- }
- }
这里总共4个函数： 1、show_sdcard_info函数 该函数用于从串口输出SD卡相关信息，包括：卡类型、制造商ID、卡相对地址、容量和块大小等信息。
2、sd_test_read 该函数用于测试SD卡的读取，通过USMART调用，可以指定SD卡的任何地址，读取指定个数的扇区数据，将读到的数据，通过串口打印出来，从而验证SD卡数据的读取。
3、sd_test_write函数 该函数用于测试SD卡的写入，通过USMART调用，可以指定SD卡的任何地址，写入指定个数的扇区数据，写入数据自动生成（都是3的倍数），写入完成后，在串口打印写入结果。我们可以通过sd_test_read函数，来检验写入数据是否正确。注意：千万别乱写，否则可能把卡写成砖头/数据丢失！！写之前，先读取该地址的数据，最好全部是0XFF才写（全部0X00也行），其他情况最好别写！ 4、main函数函数 该函数，先初化相关外设和SD卡，初始化成功，则调用show_sdcard_info函数，输出SD卡相关信息，并在LCD上面显示SD卡容量。然后进入死循环，如果有按键KEY0按下，则通过SD_ReadDisk读取SD卡的扇区0（物理磁盘，扇区0），并将数据通过串口打印出来。这里，我们对上一章学过的内存管理小试牛刀，稍微用了下，以后我们会尽量使用内存管理来设计。
最后，我们将sd_test_read和sd_test_write函数加入USMART控制，这样，我们就可以通过串口调试助手，测试SD卡的读写了，方便测试。
45.6 下载验证将程序下载到开发板后，我们测试使用的是16Gb标有“SDHC”标志的卡，安装方法如图45.6.1所示： 图45.6.1 测试用的microSD卡与开发板的连接方式
SD卡成功初始化后，LCD显示本程序的一些必要信息，如图45.6.2： 图45.6.2 程序运行效果图
在进入测试的主循环前，我们如果已经通过USB连接开发板的串口1和电脑，可以看到串口端打印出SD卡的相关信息（也可以在接好SD卡后按Reset复位开发板），我们测试使用的是16Gb标有“SDHC”标志的卡，SD卡成功初始化后的信息，如图45.6.3： 图45.6.3 测试用的microSD卡
可见我们用程序读到的SD卡信息与我们使用的SD卡一致。伴随LED0的不停闪烁，提示程序在运行。此时，我们按下KEY0，调用我们编写的SD卡测试函数，这里我们只用到了读函数，写函数的测试大家可以添加代码进行演示。按下后LCD显示按下，信息如图45.6.4，数量量较多的情况我们用串口打印，得到的SD卡扇区0存储的512个字节的信息如图45.6.5所示： 图45.6.4 按下KEY1的开发板界面
图46.6.5 串口调试助手显示按下KEY0后读取到的信息
对SD卡的使用的简单介绍就到这里了，另外，利用USMART测试的部分，我们这里就不做介绍了，大家可自行验证下。
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发表于 2023-2-7 11:40:01
