STM32——SD卡和FATFS文件系统

最近看了32的sd卡和FATFS文件系统，现在就自己的理解总结一下。

一、SD卡模块

1. SD 卡：安全数码卡， 它是在 MMC 的基础上发展而来， 是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备。按容量分类，可以将SD 卡分为 3 类： SD 卡、 SDHC 卡、 SDXC 卡。SD卡(SDSC)：0~2G    SDHC卡：2~32G  SDXC卡：32G~2T。
2. SD 卡一般支持 2 种操作模式：

•   SD 卡模式（通过 SDIO 通信）：允许 4 线的高速数据传输，只能使用 3.3V 的 IO 电平，所以， MCU 一定要能够支持 3.3V 的 IO 端口输出。
•  SPI 模式：同 SD 卡模式相比就是丧失了速度，在 SPI 模式下， CS/MOSI/MISO/CLK 都需要加 10~100K 左右的上拉电阻。

SD卡引脚功能表：

针脚	1	2	3	4	5	6	7	8	9
SD卡模式	CD/DAT3	CMD	VSS	VCC	CLK	VSS	DAT0	DAT1	DAT2
SPI模式	CS	MOSI	VSS	VCC	CLK	VSS	MISO	NC	NC

      3.SD卡的5个寄存器：

名称	宽度	描述
CID	128	卡标识寄存器
RCA	16	相对卡地址寄存器：本地系统中卡的地址，动态变化，在卡的初始化时确定。（SPI模式中没有）
CSD	128	卡描述数据寄存器：卡操作条件相关的信息数据。
SCR	64	SD配置寄存器：SD卡特定信息数据
OCR	32	操作条件寄存器

4.SD卡初始化过程（知道 SD 卡的类型V1、 V2、 V2HC 或者 MMC）：

• 初始化与 SD 卡连接的硬件条件（MCU 的 SPI 配置， IO 口配置）；
• 上电延时（>74 个 CLK）（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）；
• 复位卡（CMD0），进入 IDLE 状态；
• 发送 CMD8，检查是否支持 2.0 协议；
• 根据不同协议检查 SD 卡（命令包括： CMD55、 CMD41、 CMD58 和 CMD1 等）；
• 取消片选，发多 8 个 CLK（提供 SD 卡额外的时钟，完成某些操作），结束初始化；

5、SD卡读取数据（CMD17）：

•  发送 CMD17；
•  接收卡响应 R1；
• 接收数据起始令牌 0XFE；
• 接收数据；
• 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。
•  禁止片选之后，发多 8 个 CLK；

6、SD卡写数据（CMD24）：

•  发送 CMD24;
•  接收卡响应 R1；
•  发送写数据起始令牌 0XFE；
•  发送数据；
•  发送 2 字节的伪 CRC；
•  禁止片选之后，发多 8 个 CLK；

7、硬件设计：（mini板）

• SD卡通过4根信号线与STM32连接， SD卡的片选（SD_CS）连接PA3，SD卡的SPI接口，连接在STM32的SPI1上面。
• 要注意的是SPI1被3个外设共用了： SD卡、 W25Q64和NRF24L01，在使用SD卡的时候，必须禁止其他外设的片选，以防干扰。
   

二、FATFS文件系统

1.    FATFS 是一个完全免费开源的 FAT 文件系统模块，专门为小型的嵌入式系统而设计。可以移植到 8051、 PIC、 AVR、 SH、Z80、 H8、 ARM 等系列单片机上而只需做简单的修改。它支持 FATl2、 FATl6 和 FAT32，支持多个存储媒介；有独立的缓冲区，可以对多个文件进行读／写，并特别对 8 位单片机和 16 位单片机做了优化。
2. FATFS 的特点有：

•  Windows 兼容的 FAT 文件系统（支持 FAT12/FAT16/FAT32）
•  与平台无关，移植简单
•  代码量少、效率高
•  多种配置选项

          支持多卷（物理驱动器或分区，最多 10 个卷）

          多个 ANSI/OEM 代码页包括 DBCS

          支持长文件名、 ANSI/OEM 或 Unicode

           支持 RTOS

           支持多种扇区大小

           只读、最小化的 API 和 I/O 缓冲区等
    3.与平台无关的是：

ffconf.h	FATFS 模块配置文件
ff.h	FATFS 和应用模块公用的包含文件
ff.c	FATFS 模块
diskio.h	FATFS 和 disk I/O 模块公用的包含文件
interger.h	数据类型定义
option	可选的外部功能（比如支持中文等）

     与平台相关的代码（需要用户提供）是：

diskio.c

FATFS 和 disk I/O 模块接口层文件

       FATFS 模块在移植的时候，我们一般只需要修改 2 个文件，即 ffconf.h 和 diskio.c。

   4. diskio.c和diskio.h是硬件层，需要根据存储介质来修改
        ff.c和ff.h是FATFS的文件系统层和文件系统的API层

   5 .移植步骤：  1、数据类型：在integer.h 里面去定义好数据的类型。这里需要了解你用的编译器的数据类型，并根据编译器定                                     义好数据类型。
                              2、配置：通过ffconf.h配置FATFS的相关功能，以满足你的需要。
                              3、函数编写：打开diskio.c，进行底层驱动编写，一般需要编写6 个接口函数

   6.FATFS给用户提供了大量的API函数，可以满足我们对文件的各种操作。

      

        

      

  7.几个重要结构体：
        文件对象结构体（FIL类型）：存放文件的相关信息，打开关闭读写文件等操作时需要使用其指针
        目录对象结构体（DIR类型）：存放目录的相关信息，对目录操作时需要其指针
        文件状态结构体（FILINFO类型）：存放文件的大小属性文件名等信息
        文件系统对象结构体（FATFS类型）