战舰STM32F103开发板 SDIO写入速度测试（使用FATFS）

正点原子

有客户反馈，战舰STM32F103的SDIO写入速度很慢。最快才150多KB/S。果断是有问题才对，于是乎，写了一个测试代码，来研究下写入速度到底有多慢。
测试条件如下：
1，使用我们在售的SD卡（速度等级：Class4）
2，使用战舰STM32F103开发板
3，使用内部定时器，对固定大小的文件进行写入，然后计算速度。
4，需要在SD卡里面，新建一个TEXT文件夹。

测试核心代码如下：
[mw_shl_code=c,true]
#define FATFS_WR_SIZE     1024
#define FATFS_WR_CYCLE   8192

extern u32 wrtime; //1s计时单位
int main(void)
{               
        FIL* f_txt;        
        u8 key,res;
        u16 i;
        u8 *p;
         u8 *pname;                                        //带路径的文件名
        u8 *wbuffer;                                //写入缓冲
        u16 wt;
        
        Stm32_Clock_Init(9);                //系统时钟设置
        uart_init(72,115200);                //串口初始化为115200
        delay_init(72);                                    //延时初始化  
         usmart_dev.init(72);                //初始化USMART               
        TIM6_Int_Init(10000,7199);        //10Khz计数频率,1s中断一次
         LED_Init();                                          //初始化与LED连接的硬件接口
        KEY_Init();                                        //初始化按键
        LCD_Init();                                           //初始化LCD   
        W25QXX_Init();                                //初始化W25Q128
         my_mem_init(SRAMIN);                //初始化内部内存池
        exfuns_init();                                //为fatfs相关变量申请内存  
         f_mount(fs[0],"0:",1);                 //挂载SD卡
         f_mount(fs[1],"1:",1);                 //挂载FLASH.
        font_init();
         while(SD_Init())                        //检测不到SD卡
        {
                LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"SD Card Error!");
                delay_ms(500);                                       
                LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"Please Check! ");
                delay_ms(500);
                LED0=!LED0;                                //DS0闪烁
        }
        p=mymalloc(SRAMIN,50);                             
        pname=mymalloc(SRAMIN,30);        //为带路径的文件名分配30个字节的内存                    
        f_txt=(FIL *)mymalloc(SRAMIN,sizeof(FIL));        //开辟FIL字节的内存区域
        wbuffer=mymalloc(SRAMIN,FATFS_WR_SIZE);                //申请写入大小
        
        for(i=0;i<FATFS_WR_SIZE;i+=8)
        {
                wbuffer='T';
                wbuffer[i+1]='e';
                wbuffer[i+2]='s';
                wbuffer[i+3]='t';
                wbuffer[i+4]='!';
                wbuffer[i+5]='!';
                wbuffer[i+6]='!';
                wbuffer[i+7]=' ';
        }
        LCD_Clear(WHITE);                           //清屏
        POINT_COLOR=RED;                        //设置字体为红色           
        Show_Str(30,50,200,16,"战舰STM32F103开发板",16,0);                                             
        Show_Str(30,70,200,16,"SDIO写入速度测试",16,0);                                             
        Show_Str(30,90,200,16,"KEY0：开始测试",16,0);        
        
        sprintf((char*)p,"文件大小：%dKB",FATFS_WR_CYCLE*FATFS_WR_SIZE/1024);
        Show_Str(30,120,200,16,p,16,0);                                      
        POINT_COLOR=BLUE;                        
        while(1)
        {
                key=KEY_Scan(0);
                if(key==KEY0_PRES)
                {
                        Show_Str(30,140,200,16,"写入耗时：           ",16,0);
                        Show_Str(30,160,200,16,"平均速度：           ",16,0);            
                        text_new_pathname(pname);                        //得到文件名        
                        TIM6->CNT=0;
                        wrtime=0;
                        wt=0;
                        res=f_open(f_txt,(const TCHAR*)pname,FA_WRITE|FA_CREATE_NEW);//模式0,或者尝试打开  
                        if(res==0)//打开成功.
                        {
                                for(i=0;i<FATFS_WR_CYCLE;i++)
                                {
                                        res=f_write(f_txt,wbuffer,FATFS_WR_SIZE,&bw);//写入BMP首部  
                                        if(res)break;
                                        if(wt!=wrtime)
                                        {
                                                wt=wrtime;
                                                LCD_ShowNum(30+80,140,wt,3,16);
                                        }
                                }
                        }
                        if(res==0)
                        {
                                wt=FATFS_WR_CYCLE*FATFS_WR_SIZE/1024/wrtime;
                                sprintf((char*)p,"平均速度：%dKB/s",wt);
                                Show_Str(30,160,200,16,p,16,0);  
                        }else printf("失败");
                        f_close(f_txt);
                }
                delay_ms(10);
        }
}[/mw_shl_code]

此代码里面，通过修改：
#define FATFS_WR_SIZE         1024
#define FATFS_WR_CYCLE       8192
这两个宏，就可以控制写入文件大小（ FATFS_WR_SIZE*FATFS_WR_CYCLE）和FATFS单次写入块大小（FATFS_WR_SIZE）


我们将文件大小固定为8192KB，8M字节（FATFS_WR_SIZE*FATFS_WR_CYCLE=8M字节）。
首先，我们设定单次写入块大小为1024字节，此时测试结果如下：

然后，我们设定单次写入块大小为2048字节，此时测试结果如下：


然后，我们设定单次写入块大小为4096字节，此时测试结果如下：


然后，我们设定单次写入块大小为8192字节，此时测试结果如下：


然后，我们设定单次写入块大小为16384字节，此时测试结果如下：

最后，来个猛的，我们设定单次写入块大小为32768字节（写入32M字节），此时测试结果如下：




可以看出，单次写入块越大，写入速度越快。
当写入块大小，到16KB的时候，速度可以达到4MB/S，基本到极限了。最后用32KB的写入块，速度也就4.6MB/S，提升不明显。

4MB的写入速度，一般应用应该都是足够了。
所以你的写入速度慢的时候，改大一下写入块，可以获得非常明显的提升。
STM32F103 SDIO写入速度测试代码.rar (1.55 MB, 下载次数: 4175)

2017-2-14 11:15 上传

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wiking7758

32K写入，4字节对齐

图1 4字节对齐

32K写入，不对齐

图2 不对齐

测试了下，以32K为大小写，对齐时平均速度6.4M/S，不对齐时200多K/S。不对齐时底层是memcpy和单页写，对齐时是多页写。

[mw_shl_code=c,true]/** @brief */
#define FATFS_WR_SIZE       (32*1024)
#define FATFS_WR_CYCLE      1024

/** @brief */
FATFS fs;

/** @brief */
FIL f_txt;

//__align(4)
INT8U wbuffer[FATFS_WR_SIZE];
INT8U p[50];
extern u32 Tick;
INT8U res=0;

void SdcardTest(void)
{
    INT32U bw=0;

    INT32U time,speed;
   
    sprintf((char*)p,"文件大小：%dKB",FATFS_WR_CYCLE*FATFS_WR_SIZE/1024);
   
    LCD_ShowString(0,0,32,p);
    LCD_ShowString(0,50,32,"写入耗时：           ");
    LCD_ShowString(0,100,32,"平均速度：           ");
   
    res = f_mount(&fs,"0:",1);
    if(FR_OK == res)
    {
        res = f_open(&f_txt,"test.txt",FA_CREATE_ALWAYS|FA_WRITE);
        if(FR_OK == res)
        {
            INT16U i;
            Tick = 0;
            
            for(i=0;i<FATFS_WR_CYCLE;i++)
            {
                res=f_write(&f_txt,wbuffer,FATFS_WR_SIZE,&bw);//写入BMP首部  
                if(res)break;
            }
            time = Tick/2;
        }
        f_close(&f_txt);
    }
    if(FR_OK == res)
    {
        sprintf((char*)p,"写入耗时：%dms",time);
        LCD_ShowString(0,50,32,p);
        
        speed = FATFS_WR_CYCLE*FATFS_WR_SIZE/time;
        sprintf((char*)p,"平均速度：%dKB/s",speed);
        LCD_ShowString(0,100,32,p);
        
        LCD_ShowString(0,150,32,"测试完毕");
    }
    else
    {
        LCD_ShowString(0,150,32,"写入失败");
    }
    while(1);
}
[/mw_shl_code]

SDIO时钟	对齐	块大小	速度(kb/s)	前插4Byte
18Mhz	是	512	236	218
18Mhz	是	1K	261	228
18Mhz	是	2K	670	332
18Mhz	是	4K	1459	763
18Mhz	是	8K	3017	1639
18Mhz	是	16K	4326	2834
18Mhz	是	32K	6019	3117

SDIO时钟	对齐	块大小	速度(kb/s)
24Mhz	是	512	263
24Mhz	是	1K	257
24Mhz	是	2K	678
24Mhz	是	4K	1489
24Mhz	是	8K	3147
24Mhz	是	16K	4947
24Mhz	是	32K	6651

SDIO时钟	对齐	块大小	速度(kb/s)
18Mhz	否	512	236
18Mhz	否	1K	243
18Mhz	否	2K	260
18Mhz	否	4K	260
18Mhz	否	8K	260
18Mhz	否	16K	260
18Mhz	否	32K	260

结论：
1、写入文件一定要4byte对齐
2、前插4byte速度降一半
3、18M和24M差别不大

aozima

碎片化的文件写入，除了大块外，做一下对齐也会好很多，比如当前文件大小为511字节，写1字节或513字节，就能对齐。
考虑到现在的大容量NAND，对齐到4K去可能会更好。

考虑到性能和写入的及时性，可以使用队列，在写入中对队列做拼接和对齐。
这样写入的实时性和总的写入速度都能得到保障。
在硬件设计能保证性能的情况下，轻松上C10的卡

正点原子

aozima 发表于 2017-2-14 12:04
碎片化的文件写入，除了大块外，做一下对齐也会好很多，比如当前文件大小为511字节，写1字节或513字节，就 ...

你们要多快的速度啊？
另外，airplay，搞定没有？什么时候搞个样品给我试试。

njjh1718

正点原子 发表于 2017-2-14 16:29
你们要多快的速度啊？
另外，airplay，搞定没有？什么时候搞个样品给我试试。

老大  如果测试csv格式的表格文件  速度是否一样？

正点原子

njjh1718 发表于 2017-2-22 14:27
老大  如果测试csv格式的表格文件  速度是否一样？

只要你数据准备的快，写入就快，不管你什么格式的。

tbh95272016

这个要顶一下！

tbh95272016

不知道有没有库函数版本，速度能达到多少？

jizhendong1994

原子哥，SD卡的读取速度和写入速度是不是应该是一样的呢？？

xiang90721

jizhendong1994 发表于 2017-4-10 18:44
原子哥，SD卡的读取速度和写入速度是不是应该是一样的呢？？

肯定不一样的，读的速度一定比写的速度快啊，写的时候需要擦写SD卡块

枫天2017

读的速度有多少呢？

lhb292

使用原子的STM32F407开发板测试SDIO FATFS读写速度：
卡容量7624 MB
总容量7588 MB
已使用22 MB
空闲中7565 MB
fmdelta=6863us
f_read_res=0
读到文件缓存=2048Byte
读到文件=21857K
读文件用时=16323802us
平均用时=1404KB/S
inaert_ok
open_res=0
fsize=1048576

The function succeeded!
f_write_res=0
写文件缓存=2048Byte
写入文件=1024K
写文件用时=1867084us
平均用时=575KB/S
fsdelta=3880us
f_sync_res=0
fcdelta=15us
f_close=0
写文件测试结束!


原子测试过F407的速度能达到多少，这个速度还有多少提升的空间吗？

tianfei00

我是早前买的板子，看过这个程序，发现原子F103的程序版本升级了。
请问有没有最新版本的全部例程代码？？
谢谢！

枫天2017

这里的4字节对齐是个什么概念？ 怎么对齐？  写入时的大小要是4的倍数字节码？

YANGGUANG2133

@原子哥你好这个源代码下载下来打不开，可否方便重新发一份非常感谢（491434603@qq.com）

danifer

贴主您好：
     看了您的代码，照着您的路子测量了我手头的水星F429开发板，单次写从4KB到32KB，但是速度从来都没到过500KB/s; 我用的是Hal库函数版历程测试。
     但是您用的是寄存器版本，所以我又用寄存器版本测试，不过寄存器版本的历程下载后板子起不来，Debug也进不了main。。。不知道为什么？恳请赐教，不胜感激！
以下是我的测试函数：

void  test_write_file(char * filename, u32 totalSize, u32 perSize)
{
        char * test_file=filename;
//        char test_frame[100]="0:1906020955577,0f9,8,1122334455667788";
        char testbuf[32768]={0x35};
        int writeb;
        int i;
        int testSize=totalSize; //8MB
        int KBperWr=perSize;    //8KB
        int round = testSize/KBperWr;
        int ticks=0;
       
        FRESULT rest;
        TCHAR* rbuf;

printf("\r\n................................................");
printf("\r\n file=%s, TotalSize=0x%x, PerSize=0x%x, round=%d",filename,totalSize,perSize,round);
printf("\r\n................................................\r\n\r\n");

        rest = f_open(file,test_file,FA_OPEN_ALWAYS|FA_READ|FA_WRITE);
        if(FR_OK != rest)
                printf("open file : %s failed!\r\n",test_file);
        else
                printf("open file : %s OK!\r\n",test_file);
       
        f_lseek(file, file->fptr);/*文件开头位置:文件打开后,fptr=0*/

//        sprintf(test_frame,"%s%s","0:1906020955577,0f9,8,1122334455667788","\r\n");

        printf("bf write 0x%x Bytes, tick = %d.\r\n\r\n", testSize, GetSysTicks());
        ticks = GetSysTicks();
        for(i=0; i<round; i++)
        {
                f_write(file, testbuf, KBperWr, &writeb);
                if(writeb != KBperWr)
                {
                        printf("test write %d KB Failed!\r\n",KBperWr/0x400);
                        while(1);
                }
                writeb=0;
        }
        f_sync(file);
        ticks = GetSysTicks() - ticks;
       
        printf("bf write 0x%x Bytes, tick = %d.\r\n\r\n", testSize, GetSysTicks());
        printf("speed : %f KB/s\r\n\r\n", (float)testSize/(float)ticks);


        f_close(file);
printf("test end................\r\n\r\n");
}

测试调用为：
        test_write_file("TestFile_1K",0x800000,1024);
        test_write_file("TestFile_2K",0x800000,2048);
        test_write_file("TestFile_4K",0x800000,4096);
        test_write_file("TestFile_8K",0x800000,8192);
        test_write_file("TestFile_16K",0x800000,0x4000);
        test_write_file("TestFile_32K",0x800000,0x8000);

测试结果为：
................................................
file=TestFile_1K, TotalSize=0x800000, PerSize=0x400, round=8192
................................................

open file : TestFile_1K OK!
bf write 0x800000 Bytes, tick = 10034.

bf write 0x800000 Bytes, tick = 29545.

speed : 430.030670 KB/s

test end................


................................................
file=TestFile_2K, TotalSize=0x800000, PerSize=0x800, round=4096
................................................

open file : TestFile_2K OK!
bf write 0x800000 Bytes, tick = 29574.

bf write 0x800000 Bytes, tick = 50785.

speed : 395.558441 KB/s

test end................


................................................
file=TestFile_4K, TotalSize=0x800000, PerSize=0x1000, round=2048
................................................

open file : TestFile_4K OK!
bf write 0x800000 Bytes, tick = 50813.

bf write 0x800000 Bytes, tick = 70365.

speed : 429.128723 KB/s

test end................


................................................
file=TestFile_8K, TotalSize=0x800000, PerSize=0x2000, round=1024
................................................

open file : TestFile_8K OK!
bf write 0x800000 Bytes, tick = 70394.

bf write 0x800000 Bytes, tick = 92179.

speed : 385.134186 KB/s

test end................


................................................
file=TestFile_16K, TotalSize=0x800000, PerSize=0x4000, round=512
................................................

open file : TestFile_16K OK!
bf write 0x800000 Bytes, tick = 92208.

bf write 0x800000 Bytes, tick = 113179.

speed : 400.086243 KB/s

test end................


................................................
file=TestFile_32K, TotalSize=0x800000, PerSize=0x8000, round=256
................................................

open file : TestFile_32K OK!
bf write 0x800000 Bytes, tick = 113208.

bf write 0x800000 Bytes, tick = 134084.

speed : 401.907257 KB/s

test end................

danifer

已经解决，是写缓冲区buffer没有 4B 对齐。

SsJjPp

原子哥  我用的F7的开发板 请问该怎么移植呢  新手求教

正点原子

SsJjPp 发表于 2019-7-15 11:15
原子哥  我用的F7的开发板 请问该怎么移植呢  新手求教

我有F7的FATFS例程，你参考这个改即可，不难的

SsJjPp

正点原子 发表于 2019-7-16 02:48
我有F7的FATFS例程，你参考这个改即可，不难的

原子哥  你敢不敢用F7的板子调一个SD卡，我试了一下，总报错

HZKJ

请教原子哥：我用你的开发板程序，实现了2M字节/秒的写入速度，库函数模式，卡是三星C10卡。 这个速度怎么还能提高。？？麻烦您指导下

HZKJ

请教原子哥：我用你的开发板程序，库函数模式，实现2M字节的写入速度，三星C10卡。请问怎么做还能提高速度？？？
我没用文件系统，仅仅进行了底层操作，调用的是SD_WriteDisk(u8*buf,u32 sector,u8 cnt)  函数。  buf 的大小是50K==51200字节

速度慢是库函数的原因吗？？？
谢谢指点。

HZKJ

MCU是STM32F407

HZKJ

SD_WriteMultiBlocks(buf,lsector,512,cnt);        //
这个函数里面的常用的子函数 SDIO_Send_Data_Cfg（）和SDIO_Send_Cmd(）我用寄存器模式的代码替换了。

Feady

原子哥，我直接使用了例程的读卡器模式，在电脑上测的，看结果是不是速度受限于usb的速度啊

柯国秋

太牛吧！！！！！！！！！！！

HZKJ

原子哥用的这个开发板 应该是第一版的 古董吧，，，经典版本，我还保存了一个呢。

jiditianbin

请问下这个测试程序有没有HAL版本的？

jiditianbin

请问下这个测试程序有没有HAL版本的？

huachunyu2006

原子哥，请教一下，01 基本定时器中断实验中定时器中断回调函数中调用printf函数，程序为什么会卡死在printf里面的

dai410257573

我有一个疑问，同步的时间么有算入内唉，fclose里面有一个同步，这个也比较耗时，应该也要计算这个吧

LinYangM

想问下： 我用的HAL库，测试写入的时候会偶发性的出现WriteBlocks失败进行SDIO的重启，导致测试的写入速度不稳定。
SDIO接的emmc USB挂载到电脑上是7.28G
想问下还有优化方案么，比如有没有必要用HAL_MMC_WriteBlocks_DMA,  另外f_write之后有没有必要delay下

1. 
   
2. DRESULT USER_write (
   
3.         BYTE pdrv,          /* Physical drive nmuber to identify the drive */
   
4.         const BYTE *buff,   /* Data to be written */
   
5.         DWORD sector,       /* Sector address in LBA */
   
6.         UINT count          /* Number of sectors to write */
   
7. )
   
8. {
   
9.   /* USER CODE BEGIN WRITE */
   
10.   /* USER CODE HERE */      
    
11.   DRESULT res = RES_ERROR;
    
12.   uint32_t timeout = 100000UL;
    
13.   while(HAL_MMC_WriteBlocks(&hmmc, (uint8_t *)buff, sector, count, SDMMC_DATATIMEOUT) != HAL_OK) {   
    
14.     MX_SDIO_MMC_Init();        
    
15.     if (timeout-- == 0) {
    
16.       return RES_ERROR;
    
17.     }
    
18.   }
    
19.   while(HAL_MMC_GetCardState(&hmmc) != CG_SDIO_CARD_TRANSFER) {
    
20.     if (timeout-- == 0) {
    
21.       return RES_ERROR;
    
22.     }
    
23.   }
    
24.   res = RES_OK;
    
25.   return res;
    
26.   /* USER CODE END WRITE */
    
27. }
    

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