SD卡存储容量的计算过程（附带修正STM32官方库里SD卡例程的一个BUG）
前言
- SD卡底层驱动代码量不小，功能稍微有点复杂，其他的功能不说了；本博文主要介绍SD卡V1.0和V2.0版本的SD卡的容量结算；
- 在对SD卡进行FATFS文件系统（最新R0.13c版本）移植时，接口函数DRESULT disk_ioctl (BYTE pdrv, BYTE cmd, void *buff )会获取SD卡的三个重要信息作为f_fdisk和f_mkfs函数为整个SD卡分区和挂载文件系统的依据；
- 下面的代码来自于STM32官方提供的固件库的SD卡例程，但是：例程里边有错误的地方需要修改，如果不修改有可能会影响到FatFS系统移植时分区的问题，在博文的最后有特别指出；
- CSD寄存器（Card-Specific Data register 卡特性数据寄存器）
- 看懂本文需要有SD卡开发经验和FATFS文件系统移植经验基础的同志；
1.获取并处理CSD寄存器数据
步骤：
- 获取SD卡CSD寄存器数据。执行SD_GetCardInfo函数，将CSD寄存器的值全部赋值到CSD结构体；要获取的数据如下表（来自SD卡V2.0协议）
对于V1.0的卡来说，要获取下面几组数据：
对于V2.0的卡来说，只需获取一个数据：
所对应的代码下面列出来，但是注意我们所要用到的V1.0和V2.0的参数本身不多，所有我对结构体做出适当的修剪：
/**
* @brief Card Specific Data: CSD Register
*/
typedef struct
{
/***省略若干行***/
__IO uint8_t RdBlockLen; /*!< Max. read data block length V1.0计算公式要用到*/
/***省略若干行***/
__IO uint32_t DeviceSize; /*!< Device Size V1.0和V2.0计算公式都要用到*/
/***省略若干行***/
__IO uint8_t DeviceSizeMul; /*!< Device size multiplier */
/***省略若干行***/
} SD_CSD;
/**
* @brief SD Card information
* 这个结构体包含了SD卡的CSD寄存器和CID寄存器，这里我们只讨论CSD寄存器
*/
typedef struct
{
SD_CSD SD_csd;
SD_CID SD_cid;
uint32_t CardCapacity; /*!< Card Capacity */
uint32_t CardBlockSize; /*!< Card Block Size */
uint16_t RCA;
uint8_t CardType;
} SD_CardInfo; //此结构体将上面两个结构体都包含了；
/**
* @brief Returns information about specific card.
* @param cardinfo: pointer to a SD_CardInfo structure that contains all SD card
* information.
* @retval SD_Error: SD Card Error code.
*/
SD_Error SD_GetCardInfo(SD_CardInfo *cardinfo)
{
SD_Error errorstatus = SD_OK;
uint8_t tmp = 0;
/*************************************************************/
/*****************SD_CardInfo结构体填充****************/
/*************************************************************/
cardinfo->CardType = (uint8_t)CardType;
cardinfo->RCA = (uint16_t)RCA;
/**********************************************/
/*****************CSD结构体填充****************/
/**********************************************/
/*!< Byte 0 */
tmp = (uint8_t)((CSD_Tab[0] & 0xFF000000) >> 24);
cardinfo->SD_csd.CSDStruct = (tmp & 0xC0) >> 6;
cardinfo->SD_csd.SysSpecVersion = (tmp & 0x3C) >> 2;
cardinfo->SD_csd.Reserved1 = tmp & 0x03;
/*!< Byte 1 */
tmp = (uint8_t)((CSD_Tab[0] & 0x00FF0000) >> 16);
cardinfo->SD_csd.TAAC = tmp;
/*!< Byte 2 */
tmp = (uint8_t)((CSD_Tab[0] & 0x0000FF00) >> 8);
cardinfo->SD_csd.NSAC = tmp;
/*!< Byte 3 */
tmp = (uint8_t)(CSD_Tab[0] & 0x000000FF);
cardinfo->SD_csd.MaxBusClkFrec = tmp;
/*!< Byte 4 */
tmp = (uint8_t)((CSD_Tab[1] & 0xFF000000) >> 24);
cardinfo->SD_csd.CardComdClasses = tmp << 4;
/*!< Byte 5 */
tmp = (uint8_t)((CSD_Tab[1] & 0x00FF0000) >> 16);
cardinfo->SD_csd.CardComdClasses |= (tmp & 0xF0) >> 4;
cardinfo->SD_csd.RdBlockLen = tmp & 0x0F;
/*!< Byte 6 */
tmp = (uint8_t)((CSD_Tab[1] & 0x0000FF00) >> 8);
cardinfo->SD_csd.PartBlockRead = (tmp & 0x80) >> 7;
cardinfo->SD_csd.WrBlockMisalign = (tmp & 0x40) >> 6;
cardinfo->SD_csd.RdBlockMisalign = (tmp & 0x20) >> 5;
cardinfo->SD_csd.DSRImpl = (tmp & 0x10) >> 4;
cardinfo->SD_csd.Reserved2 = 0; /*!< Reserved */
if ((CardType == SDIO_STD_CAPACITY_SD_CARD_V1_1) || (CardType == SDIO_STD_CAPACITY_SD_CARD_V2_0))
{
cardinfo->SD_csd.DeviceSize = (tmp & 0x03) << 10;
/*!< Byte 7 */
tmp = (uint8_t)(CSD_Tab[1] & 0x000000FF);
cardinfo->SD_csd.DeviceSize |= (tmp) << 2;
/*!< Byte 8 */
tmp = (uint8_t)((CSD_Tab[2] & 0xFF000000) >> 24);
cardinfo->SD_csd.DeviceSize |= (tmp & 0xC0) >> 6;
cardinfo->SD_csd.MaxRdCurrentVDDMin = (tmp & 0x38) >> 3;
cardinfo->SD_csd.MaxRdCurrentVDDMax = (tmp & 0x07);
/*!< Byte 9 */
tmp = (uint8_t)((CSD_Tab[2] & 0x00FF0000) >> 16);
cardinfo->SD_csd.MaxWrCurrentVDDMin = (tmp & 0xE0) >> 5;
cardinfo->SD_csd.MaxWrCurrentVDDMax = (tmp & 0x1C) >> 2;
cardinfo->SD_csd.DeviceSizeMul = (tmp & 0x03) << 1;
/*!< Byte 10 */
tmp = (uint8_t)((CSD_Tab[2] & 0x0000FF00) >> 8);
cardinfo->SD_csd.DeviceSizeMul |= (tmp & 0x80) >> 7;
cardinfo->CardCapacity = (cardinfo->SD_csd.DeviceSize + 1) ;
cardinfo->CardCapacity *= (1 << (cardinfo->SD_csd.DeviceSizeMul + 2));
cardinfo->CardBlockSize = 1 << (cardinfo->SD_csd.RdBlockLen);
cardinfo->CardCapacity *= cardinfo->CardBlockSize;
}
else if (CardType == SDIO_HIGH_CAPACITY_SD_CARD)
{
/*!< Byte 7 */
tmp = (uint8_t)(CSD_Tab[1] & 0x000000FF);
cardinfo->SD_csd.DeviceSize = (tmp & 0x3F) << 16;
/*!< Byte 8 */
tmp = (uint8_t)((CSD_Tab[2] & 0xFF000000) >> 24);
cardinfo->SD_csd.DeviceSize |= (tmp << 8);
/*!< Byte 9 */
tmp = (uint8_t)((CSD_Tab[2] & 0x00FF0000) >> 16);
cardinfo->SD_csd.DeviceSize |= (tmp);
/*!< Byte 10 */
tmp = (uint8_t)((CSD_Tab[2] & 0x0000FF00) >> 8);
cardinfo->CardCapacity = (cardinfo->SD_csd.DeviceSize + 1) * 512 * 1024;
cardinfo->CardBlockSize = 512;
}
cardinfo->SD_csd.EraseGrSize = (tmp & 0x40) >> 6;
cardinfo->SD_csd.EraseGrMul = (tmp & 0x3F) << 1;
/*!< Byte 11 */
tmp = (uint8_t)(CSD_Tab[2] & 0x000000FF);
cardinfo->SD_csd.EraseGrMul |= (tmp & 0x80) >> 7;
cardinfo->SD_csd.WrProtectGrSize = (tmp & 0x7F);
/*!< Byte 12 */
tmp = (uint8_t)((CSD_Tab[3] & 0xFF000000) >> 24);
cardinfo->SD_csd.WrProtectGrEnable = (tmp & 0x80) >> 7;
cardinfo->SD_csd.ManDeflECC = (tmp & 0x60) >> 5;
cardinfo->SD_csd.WrSpeedFact = (tmp & 0x1C) >> 2;
cardinfo->SD_csd.MaxWrBlockLen = (tmp & 0x03) << 2;
/*!< Byte 13 */
tmp = (uint8_t)((CSD_Tab[3] & 0x00FF0000) >> 16);
cardinfo->SD_csd.MaxWrBlockLen |= (tmp & 0xC0) >> 6;
cardinfo->SD_csd.WriteBlockPaPartial = (tmp & 0x20) >> 5;
cardinfo->SD_csd.Reserved3 = 0;
cardinfo->SD_csd.ContentProtectAppli = (tmp & 0x01);
/*!< Byte 14 */
tmp = (uint8_t)((CSD_Tab[3] & 0x0000FF00) >> 8);
cardinfo->SD_csd.FileFormatGrouop = (tmp & 0x80) >> 7;
cardinfo->SD_csd.CopyFlag = (tmp & 0x40) >> 6;
cardinfo->SD_csd.PermWrProtect = (tmp & 0x20) >> 5;
cardinfo->SD_csd.TempWrProtect = (tmp & 0x10) >> 4;
cardinfo->SD_csd.FileFormat = (tmp & 0x0C) >> 2;
cardinfo->SD_csd.ECC = (tmp & 0x03);
/*!< Byte 15 */
tmp = (uint8_t)(CSD_Tab[3] & 0x000000FF);
cardinfo->SD_csd.CSD_CRC = (tmp & 0xFE) >> 1;
cardinfo->SD_csd.Reserved4 = 1;
/***省略若干行***/
return(errorstatus);
}
- 通过上面一顿操作我们将想要的信息整理了出来，分别是：
用于V1.0计算的：C_SIZE，C_SIZE_MULT，READ_BL_LEN
用于V2.0计算的：C_SIZE；(注意两个C_SIZE的位宽是不一样的)
2. V1.0计算公式
代码如下：
//代码来自上面历程
cardinfo->CardCapacity = (cardinfo->SD_csd.DeviceSize + 1) ;
cardinfo->CardCapacity *= (1 << (cardinfo->SD_csd.DeviceSizeMul + 2));
cardinfo->CardBlockSize = 1 << (cardinfo->SD_csd.RdBlockLen);
cardinfo->CardCapacity *= cardinfo->CardBlockSize; //最终计算的结果，以字节为单位；
3. V2.0计算公式
代码如下：
//代码来自上面历程
cardinfo->CardCapacity = (cardinfo->SD_csd.DeviceSize + 1) * 512 * 1024; //最终计算的结果，以字节为单位；
cardinfo->CardBlockSize = 512;
特别注意：尤其是V2.0的SD卡最大可以达到32G类型，防止溢出；
4. 但是这里有一个问题（内存卡小于等于4GB的请忽略下面）
问题：在对SD卡进行FatFS系统移植的时候，我在实验中发现STM32官方提供的SD卡程序只能支持0~4G以内的SD卡（其实不能说是BUG，严格的说是一个移植不兼容的问题）；详细问题情况如下：
- 我的内存卡是
16GB(标签)== 1610001000*1000=16000000000字节 = 16000000000/1024/1024/1024 = 14.9GB（实际）；
但是实际上厂家并不会这么精准（唉），所最终我的内存卡的容量最终如下图（我们暂且取14.6GB）：
- 下面对这个SD卡直接用上面移植来的SD卡例程和FATFS文件系统对其进行平均4分区，分区后如下：
会发现：有4个相等的有效分区，和一个12G的未分配区间，为什么会产生这个问题？14.6GB的内存不应该是都是3.65GB吗？
原因：看下面这段代码，这段代码是FATFS文件系统中一个命令控制函数，FATFS文件系统用它来获取分区的依据；
/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* Miscellaneous Functions */
/*-----------------------------------------------------------------------*/
DRESULT disk_ioctl (
BYTE pdrv, /* Physical drive nmuber (0..) */
BYTE cmd, /* Control code */
void *buff /* Buffer to send/receive control data */
)
{
DRESULT res = RES_PARERR;
switch (pdrv) {
case DEV_SPI_FLASH :
return res;
case DEV_SDHC :
switch(cmd)
{
/* Generic command (Used by FatFs) */
case CTRL_SYNC: res = RES_OK;break; //确保设备完成了等待写过程,也就是设备数据缓冲区内的数据写入了存储介质；
case GET_SECTOR_COUNT: //获取存储设备中可用扇区数值返回到buff所指向的DWORD中；
*(DWORD*)buff = SDCardInfo.CardCapacity/SDCardInfo.CardBlockSize;
res = RES_OK;break;
case GET_SECTOR_SIZE: //获取存储设备中扇区大小返回到buff所指向的DWORD中；
*(DWORD*)buff = SDCardInfo.CardBlockSize;//SDCardInfo.CardBlockSize; //扇区大小等于块大小；
res = RES_OK;
break;
case GET_BLOCK_SIZE: //GET_BLOCK_SIZE:以扇区为单位，将擦除块大小返回到buff指向的DWORD变量；
*(DWORD*)buff = 1;
res = RES_OK;
break;
case CTRL_TRIM: //告诉设备此扇区块(cmd中包含的地址)不再需要，可以擦除；
res = RES_OK;
break;
default:;break;
}
return res;
}
return RES_PARERR;
}
(DWORD)buff = SDCardInfo.CardCapacity/SDCardInfo.CardBlockSize; 是问题的原因，在准确点说是： SDCardInfo.CardCapacity这个结构体成员的值发生了错误，然而导致这个问题的原因是如下代码：
cardinfo->CardCapacity = (cardinfo->SD_csd.DeviceSize + 1) * 512 * 1024; //最终计算的结果，以字节为单位；
cardinfo->CardBlockSize = 512;
对，就是V2.0的计算公式；然而再准确的说，原因是：cardinfo->SD_csd.DeviceSize这个成员变量的数据类型，如下定义：
__IO uint32_t DeviceSize; /*!< Device Size V1.0和V2.0计算公式都要用到*/
通过计算可知：uint32_t的最大表示值为0xFFFF FFFF = （4GB-1Byte），如果超出4G，则势必会发生溢出，从而导致数据错误，再引起分区错误；
解决办法：修改如图两个地方即可：
修改后再分区：
基本上完成了4平分，（最后的13M，强迫症表示接受不了！！！）