HAL库 CubeMX STM32通过SDIO模式实现对SD卡的读写

怼烎@ 2023-01-17 02:28 351阅读 0赞

开发环境：  
STM32CubeMX 5.6.0  
Keil MDK 5.33  
STM32F103RET6开发板  
16G SD-Micro存储卡

# SD卡 #

SD卡大家一定都不陌生，不过我想很多年龄不是很大的人（比如我）可能都对SD卡不是很了解，在我们的意识中，可能大家以为SD卡长这样![在这里插入图片描述][202104261627516.png_pic_center]  
不过这只是SD卡的一种，这种卡属于SD-Micro，是一种小型的卡，就如卡面上也写着Micro一样，当然SD卡除了这种卡之外，还有两种分别是SD和mini-SD，他们分别长这样：![在这里插入图片描述][20210426163836381.png_pic_center]  
![在这里插入图片描述][20210426163853748.png_pic_center]  
SD卡的四个角有一个是没有的，以便我们认识正反来使用它，SD卡的一侧还有一个可以扳动的读写保护开关，这三种卡里面SD卡最大，SD-Micro最小。![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0RlaGVuZ19Lb25n_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]  
根据SD卡的容量，可划分为SDSC（SD Standard Capacity）、SDHC（SD High Capacity）、SDXC（SD Extended Capacity）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卡的扇区大小是固定的，**为512byte（这一点很重要）** ，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。  
需要注意的是，SD-Micro只有8个引脚，而SD卡是有九个引脚的，这两种都可以直线4线通讯。想了解更多关于SD卡的信息，给大家推荐一篇科普文：[【科普】解密SD卡的种类、规格、速度、容量和寿命，附SD卡选购指南][SD_SD].

# 工程的创建 #

选中开发板之后，首先对系统内核进行配置：![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0RlaGVuZ19Lb25n_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0RlaGVuZ19Lb25n_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]  
这里为什么选择TIM2，是因为我后面要用FreeRtos，FreeRtos要抢占SysTick，所以我要提前让出来。  
然后配置SDIO和串口：![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0RlaGVuZ19Lb25n_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]  
我这里配置串口1是与串口调试助手交互，串口2我是为了与另一个板子通讯，不需要的可以忽略。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0RlaGVuZ19Lb25n_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0RlaGVuZ19Lb25n_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 5]  
SDIO使用4线通讯，这样速度更快，关于clock divide的配置，这里要跟大家说一下，我们用的卡一般的频率为0~25MHz，  
卡频率（SDIO\_CK） = 适配器频率（SDIOCLK）/(2+分频值)。  
这里的分频值便是clock divide，数值多少自己根据自己单片机SDIO模块所在总线的频率来确定。  
接下来配置时钟树：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0RlaGVuZ19Lb25n_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 6]  
如图所示，我配置成了最大时钟频率：72MHz。此时SDIO总线上的频率为72MHz。  
最后配置存储路径生成工程就可以了  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0RlaGVuZ19Lb25n_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 7]  
![在这里插入图片描述][20210426173805895.png_pic_center]  
到这里，我们的工程就创建完了。

# 代码编写 #

接下来接进行SD卡读取的代码编写，在代码编写之前，需要做些准备工作：  
1、确定你的开发板上有SDIO模块  
2、你的SD卡为一块小于或等于32G的存储卡，因为目前大多数单片机只支持SC和HC类型的卡，这与单片机所遵循的SD卡协议有关系，总之，你的单片机很有可能不支持XC类型的卡，如果确定支持XC的卡也可以用。  
3、对你的SD卡用读卡器进行格式化，格式化为FAT32模式的文件系统，分配单元自己定，分配单元越小，空间利用率越高（第三步格式化为FAT32模式，也为用FatFs系统开发做准备）。  
以上便是我们的准备工作，打开我们生成的工程之后，首先带领大家认识几个我们会用到的函数：  
在stm32f1xx\_hal\_sd.c源文件中的SD卡初始化函数：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0RlaGVuZ19Lb25n_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
在stm32f1xx\_hal\_sd.c源文件中的SD卡擦除函数：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0RlaGVuZ19Lb25n_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
在stm32f1xx\_hal\_sd.c源文件中的SD卡对扇区写函数：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0RlaGVuZ19Lb25n_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
在stm32f1xx\_hal\_sd.c源文件中的SD卡对扇区读函数：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0RlaGVuZ19Lb25n_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
函数内具体怎么实现的我就不清楚了，本人能力有限，这也是我为什么应CubaMX的原因，对小白友好，如果读者也是初学者，大可不必取深究函数内部结构，只需要会用即可。  
接下来展示代码：  
别忘了声明头文件：

#include "stdio.h"

首先在/\* Private define */下的/* USER CODE BEGIN PD */和/* USER CODE END PD \*/之间定义一些宏（不在这里定义也可以，但是这里是官方给大家定义的写宏的区域，我希望大家初学养成一个规范的好习惯）

#define BLOCK_SIZE            512            // SD卡块大小 
    #define NUMBER_OF_BLOCKS      1              // 测试块数量(小于15)
    #define WRITE_READ_ADDRESS    0x00000000     // 测试读写地址

然后在/\* Private variables */下的/* USER CODE BEGIN PD */和/* USER CODE END PD \*/创建写数组和读数组

/* 注意我们这里设置的数字一个元素占4字节，元素个数为128个， 所以这一个数组申请的内存空间为512字节，正好为我们SD卡的一个扇区 */
    __align(4) uint32_t Buffer_Block_Tx[BLOCK_SIZE*NUMBER_OF_BLOCKS/4];    //将要写入的数据放在这里，__align(4)是四字节对齐关键词
    __align(4) uint32_t Buffer_Block_Rx[BLOCK_SIZE*NUMBER_OF_BLOCKS/4];    //将读出的数据放在此数组

接下来进行SD卡的读写操作  
在/\* USER CODE BEGIN 2 */和/* USER CODE END 2 \*/之间添加代码

HAL_SD_InitCard(&hsd);   //初始化SD卡，注意句柄
    if(HAL_SD_Erase(&hsd,WRITE_READ_ADDRESS,WRITE_READ_ADDRESS + 0x00000200) == HAL_OK)
    { 
    	printf("Erase Successful\r\n");
    	HAL_Delay(20);    //如果不延时可能到值写操作失败
    	if(HAL_SD_WriteBlocks(&hsd, (uint8_t *)Buffer_Block_Tx, WRITE_READ_ADDRESS, NUMBER_OF_BLOCKS, 0xFFFF) == HAL_OK )
    	{ 
    		printf("Write Successful\r\n");
    		HAL_Delay(20);
    		if(HAL_SD_ReadBlocks(&hsd, (uint8_t *)Buffer_Block_Rx, WRITE_READ_ADDRESS, NUMBER_OF_BLOCKS, 0xFFFF) == HAL_OK)
    		{ 
    			printf("Raed Successful\r\n");
    			uint8_t j = 0;
    			for(uint16_t i=0;i<BLOCK_SIZE*NUMBER_OF_BLOCKS/4;i++)   //这个循环是为了让读数组里的数组个打印到电脑上
    			{ 
    				if(j==8)
    				{ 
    					printf("\r\n");
    					j=0;
    				}
    				printf("%d ",Buffer_Block_Rx[i]);
    				j++;
    			}
    		}
    		else
    		{ 
    			printf("Read Error\r\n");
    		}
    	}
    	else
    	{ 
    		printf("Write Error\r\n");
    	}
    }
    else
    { 
    	printf("Erase Error\r\n");
    }

在/\* USER CODE BEGIN 4 */和/* USER CODE END 4 \*/之间添加代码：

//重定义fputc函数 
    int fputc(int ch,FILE *f)
    { 
    	HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t *)&ch,1,HAL_MAX_DELAY);   //你用的单片机串口几是通过USB线与电脑通讯的要注意，这里的串口根据自己实际情况设定
    	return ch;
    }

这样读写SD卡就完成了。不过要注意的是，只读写一个扇区时，有时可能会出错，如果读写一个扇区不行，就把数组扩大为原来的两倍，同时读写两个扇区再试试，数组扩大了一些其他参数也别忘了改。

# 注意 #

有些人可能会想，我能不能同时写两个扇区，读的时候把首地址设为写地址的基础上偏移一个扇区的地址（即写地址+0x00000200），直接跳过第一个扇区而读取第二个扇区呢？答案是不可以的，为什么呢？因为你在同时写两个扇区的时候，两个扇区会被视为一个块，要访问这个块就必须从首地址开始读取，第二个扇区是没有地址的所以不能直接读取第二个扇区。

[202104261627516.png_pic_center]: /images/20221022/eb8077ed42944b2cb329f528323494a3.png
[20210426163836381.png_pic_center]: /images/20221022/2086dd1c6b5849d0aeff6f257e3a3fb6.png
[20210426163853748.png_pic_center]: /images/20221022/d54a08f55ec4471587aa6889c4fd06ac.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0RlaGVuZ19Lb25n_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]: /images/20221022/844de2b0fedf4a86810aaa03b0f1406c.png
[SD_SD]: https://www.reneelab.com.cn/what-is-sd-card.html
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[20210426173805895.png_pic_center]: /images/20221022/9b4cfe3d65da470fabf3e78ce45756d2.png
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