HAL库 CubeMX STM32采用SDIO实现对SD卡和NAND Flash的读写
目录
一、选择合适的存储芯片。
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二、SD卡/SD NAND底层原理
三、 CubeMX配置STM32具体步骤
1、时钟和系统配置
2、配置SDIO
3、配置DMA （可选）
4、设置串口
四、代码编写
1、公共代码
2、常规方式读写
3、DMA方式读写
五、结果分析
1、输入的函数参数是扇区编号，而不是实际偏移地址。
2、测试结果
完整项目源代码下载地址：HAL库CubeMXSTM32采用SDIO实现对SD卡和NANDFlash的读写资源-CSDN文库
一、选择合适的存储芯片。
最近在做一个项目，需要实现大量存储读取数据，但是stm32上自带的存储器容量太小了，比如我用的这款STM32F103ZET6本身的flash容量为512K，不够用。
相关单片机芯片型号资源如下：
最终项目采用的方案是：雷龙公司的CSNP4GCR01这款存储卡。当然也可以用TF卡，使用方法都是采用SDIO总线驱动，程序都是一模一样的，但是这款相较于普通的TF卡有更多的优势，具体体现在以下几点：
在一些贴片芯片的PCB设计中，无论是在面积有着严格要求中还是在实际恶劣环境中，并且胜在价格、封装以及稳定性上有优势，综合来说性价比更高，雷龙公司的NAND FLASH方案占有明显优势，这也正是我在项目中选择使用它的原因。
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二、SD卡/SD NAND底层原理
根据SD卡的容量，可划分为SDSC、SDHC、SDXC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512byte，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。
具体原理这里我就不具体写了，网上有很多，可以参考以下链接：
SD NAND 的 SDIO在STM32上的应用详解(上篇）_sdio接两个芯片_深圳市雷龙发展有限公司的博客-CSDN博客
三、 CubeMX配置STM32具体步骤
1、时钟和系统配置
2、配置SDIO
（1）Clock transition on which the bit capture is made： Rising transition。主时钟 SDIOCLK 产生 CLK 引脚时钟有效沿选择，可选上升沿或下降沿，它设定 SDIO 时钟控制寄存器(SDIO_CLKCR)的 NEGEDGE 位的值，一般选择设置为上升沿。（参考链接）
（2）SDIO Clock divider bypass：Disbale。时钟分频旁路使用，可选使能或禁用，它设定 SDIO_CLKCR 寄存器的 BYPASS 位。如果使能旁路，SDIOCLK 直接驱动 CLK 线输出时钟；如果禁用，使用 SDIO_CLKCR 寄存器的 CLKDIV 位值分频 SDIOCLK，然后输出到 CLK 线。一般选择禁用时钟分频旁路。
（3）SDIO Clock output enable when the bus is idle： Disable the power save for the clock。节能模式选择，可选使能或禁用，它设定 SDIO_CLKCR 寄存器的 PWRSAV 位的值。如果使能节能模式，CLK 线只有在总线激活时才有时钟输出；如果禁用节能模式，始终使能 CLK 线输出时钟。
（4）SDIO hardware flow control： The hardware control flow is disabled。硬件流控制选择，可选使能或禁用，它设定 SDIO_CLKCR 寄存器的 HWFC_EN 位的值。硬件流控制功能可以避免 FIFO 发送上溢和下溢错误。
SDIOCLK clock divide factor： 6。时钟分频系数，它设定 SDIO_CLKCR 寄存器的 CLKDIV 位的值，设置 SDIOCLK 与 CLK 线输出时钟分频系数：
CLK 线时钟频率=SDIOCLK/([CLKDIV+2])。
识别卡阶段：时钟频率 FOD，最高为 400kHz
数据传输模式：时钟频率FPP，默认最高为 25MHz
如果通过相关寄存器配置使 SDIO 工作在高速模式，此时数据传输模式最高频率为 50MHz
### 注意：刚开始我做的过程中，参考了下面的SDIOCLK，然后就设置了时钟分频系数为0，导致CLK 线时钟频率=72/([0+2])=36M大于最高数据传输速率25M，生成代码后，程序一直卡死在SDIO初始化函数中，导致SD卡初始化失败。
仔细查看上面的第二点（2），由于在我们之前配置中禁用了时钟分频旁路，所以我们不能参考下面这个SDIOCLK，所以实际使用SDIOCLK=72M，应该设置时钟分频系数为2以上。
3、配置DMA （可选）
在一些实际使用场合中，比如需要把摄像头帧数据存储到SD卡，需要高效的存储和取用大量数据时，我们往往采用DMA，减轻CPU的负担。
SDIO 外设支持生成 DMA 请求，使用 DMA 传输可以提高数据传输效率，因此在 SDIO 的控制代码中，可以把它设置为 DMA 传输模式。
4、设置串口
打开串口，方便通过串口实时打印出SD卡的信息以及查看调试信息。
四、代码编写
1、公共代码
以下两种模式下添加的公共代码部分
#include
#include
#define BLOCK_START_ADDR 0 /* Block start address */
#define NUM_OF_BLOCKS 1 /* 扇区编号 */
#define BUFFER_WORDS_SIZE ((BLOCKSIZE * NUM_OF_BLOCKS) >> 2) /* Total data size in bytes */
//这里定义大小为512byte,正好是SD卡一个扇区,偏移地址0x00000200
uint8_t Buffer_Tx[512],Buffer_Rx[512] = {0};
uint8_t Buffer_Tx_DMA[1024],Buffer_Rx_DMA[1024] = {0};
uint32_t i;
extern DMA_HandleTypeDef hdma_sdio;
int fputc(int c, FILE *stream) //重写fputc函数
{
/*
huart1是工具生成代码定义的UART1结构体，
如果以后要使用其他串口打印，只需要把这个结构体改成其他UART结构体。
*/
HAL_UART_Transmit(&huart1, (unsigned char *)&c, 1, 1000);
return 1;
}
// 打印SD卡基本信息
void show_sdcard_info(void)
{
printf("Micro SD Card Test...\r\n");
/* 检测SD卡是否正常（处于数据传输模式的传输状态） */
if(HAL_SD_GetCardState(&hsd) == HAL_SD_CARD_TRANSFER)
{
printf("Initialize SD card successfully!\r\n");
// 打印SD卡基本信息
printf(" SD card information! \r\n");
printf(" CardCapacity : %llu \r\n", (unsigned long long)hsd.SdCard.BlockSize * hsd.SdCard.BlockNbr);// 显示容量
printf(" CardBlockSize : %d \r\n", hsd.SdCard.BlockSize); // 块大小
printf(" LogBlockNbr : %d \r\n", hsd.SdCard.LogBlockNbr); // 逻辑块数量
printf(" LogBlockSize : %d \r\n", hsd.SdCard.LogBlockSize);// 逻辑块大小
printf(" RCA : %d \r\n", hsd.SdCard.RelCardAdd); // 卡相对地址
printf(" CardType : %d \r\n", hsd.SdCard.CardType); // 卡类型
// 读取并打印SD卡的CID信息
HAL_SD_CardCIDTypeDef sdcard_cid;
HAL_SD_GetCardCID(&hsd,&sdcard_cid);
printf(" ManufacturerID: %d \r\n",sdcard_cid.ManufacturerID);
}
else
{
printf("SD card init fail!\r\n" );
}
}
/* 擦除SD卡块 */
void erase_sdcard(SD_HandleTypeDef *hsd, uint32_t BlockStartAdd, uint32_t BlockEndAdd)
{
printf("------------------- Block Erase -------------------------------\r\n");
if(HAL_SD_Erase(hsd, BlockStartAdd, BlockEndAdd) == HAL_OK)
{
/* Wait until SD cards are ready to use for new operation */
while(HAL_SD_GetCardState(hsd) != HAL_SD_CARD_TRANSFER)
{
}
printf("\r\nErase Block Success!\r\n");
}
else
{
printf("\r\nErase Block Failed!\r\n");
}
}
2、常规方式读写
/* 填充缓冲区数据 */
void write_sdcard(SD_HandleTypeDef *hsd, uint8_t *pData, uint32_t BlockAdd, uint32_t NumberOfBlocks, uint32_t Timeout)
{
/* 向SD卡块写入数据 */
printf("------------------- Start Write SD card block data ------------------\r\n");
if(HAL_SD_WriteBlocks(hsd, pData, BlockAdd, NumberOfBlocks, Timeout) == HAL_OK)
{
while(HAL_SD_GetCardState(hsd) != HAL_SD_CARD_TRANSFER)
{
}
printf("\r\nWrite Block Success!\r\n");
}
else
{
printf("\r\nWrite Block Failed!\r\n");
}
}
/* 读取操作之后的数据 */
void read_sdcard(SD_HandleTypeDef *hsd, uint8_t *pData, uint32_t BlockAdd, uint32_t NumberOfBlocks, uint32_t Timeout)
{
printf("------------------- Start Read SD card block data ------------------\r\n");
if(HAL_SD_ReadBlocks(hsd, pData, BlockAdd, NumberOfBlocks, Timeout) == HAL_OK)
{
while(HAL_SD_GetCardState(hsd) != HAL_SD_CARD_TRANSFER)
{
}
printf("\r\nRead Block Success!\r\n");
}
else
{
printf("\r\nRead Block Failed!\r\n");
}
}主函数里代码如下：
/* USER CODE BEGIN 2 */
show_sdcard_info();
//擦除5个扇区
erase_sdcard(&hsd, 0, 5);
memset(Buffer_Tx, 0x55, sizeof(Buffer_Tx));
write_sdcard(&hsd, Buffer_Tx, 1, 2, 10);
read_sdcard(&hsd, Buffer_Rx, 1, 2, 10);
//查看读取到的数据
for(i = 0; i < sizeof(Buffer_Rx)/sizeof(Buffer_Rx[0]); i++)
{
printf("0x%02x:%02x ", i, Buffer_Rx[i]);
}
/* USER CODE END 2 */3、DMA方式读写
这里需要注意：SDIO DMA每次由读数据变为写数据或者由写数据变为读数据时，都需要重新初始化DMA，是为了更改数据传输的方向。
（这里特别坑，参考别的博主的代码发现不能用，经过自己亲自修改后，代码更改了很多次才发现这个问题，以下代码验证通过可直接使用）
//非阻塞式DMA读
HAL_StatusTypeDef SDIO_ReadBlocks_DMA(SD_HandleTypeDef *hsd, uint8_t *pData, uint32_t BlockAdd, uint32_t NumberOfBlocks)
{
HAL_StatusTypeDef Return_Status;
HAL_SD_CardStateTypeDef SD_Card_Status;
do{ SD_Card_Status = HAL_SD_GetCardState(hsd);}while(SD_Card_Status != HAL_SD_CARD_TRANSFER );
HAL_DMA_DeInit(&hdma_sdio);
hdma_sdio.Instance = DMA2_Channel4;
hdma_sdio.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
hdma_sdio.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
hdma_sdio.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
hdma_sdio.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_WORD;
hdma_sdio.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_WORD;
hdma_sdio.Init.Mode = DMA_NORMAL;
hdma_sdio.Init.Priority = DMA_PRIORITY_LOW;
if (HAL_DMA_Init(&hdma_sdio) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
__HAL_LINKDMA(hsd,hdmarx,hdma_sdio);
MX_SDIO_SD_Init();
Return_Status = HAL_SD_ReadBlocks_DMA(hsd, pData, BlockAdd, NumberOfBlocks);
return Return_Status;
}
//非阻塞式DMA写
HAL_StatusTypeDef SDIO_WriteBlocks_DMA(SD_HandleTypeDef *hsd, uint8_t *pData, uint32_t BlockAdd, uint32_t NumberOfBlocks)
{
HAL_StatusTypeDef Return_Status;
HAL_SD_CardStateTypeDef SD_Card_Status;
do{ SD_Card_Status = HAL_SD_GetCardState(hsd);}while(SD_Card_Status != HAL_SD_CARD_TRANSFER );
HAL_DMA_DeInit(&hdma_sdio);
hdma_sdio.Instance = DMA2_Channel4;
hdma_sdio.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
hdma_sdio.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
hdma_sdio.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
hdma_sdio.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_WORD;
hdma_sdio.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_WORD;
hdma_sdio.Init.Mode = DMA_NORMAL;
hdma_sdio.Init.Priority = DMA_PRIORITY_LOW;
if (HAL_DMA_Init(&hdma_sdio) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
__HAL_LINKDMA(hsd,hdmarx,hdma_sdio);
MX_SDIO_SD_Init();
Return_Status = HAL_SD_WriteBlocks_DMA(hsd,pData, BlockAdd, NumberOfBlocks);
return Return_Status;
}主函数里代码如下：
/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_StatusTypeDef Return_Status;
memset(Buffer_Tx_DMA, 0x55, sizeof(Buffer_Tx_DMA));
Return_Status = SDIO_WriteBlocks_DMA(&hsd,Buffer_Tx_DMA, 0, 1);
printf("write status :%d\r\n",Return_Status);
Return_Status = SDIO_ReadBlocks_DMA(&hsd,Buffer_Rx_DMA, 0, 2);
printf("read status :%d\r\n",Return_Status);
//查看读取到的数据
for(i = 0; i < sizeof(Buffer_Rx_DMA)/sizeof(Buffer_Rx_DMA[0]); i++)
{
printf("0x%02x:%02x ", i, Buffer_Rx_DMA[i]);
}
/* USER CODE END 2 */五、结果分析
1、输入的函数参数是扇区编号，而不是实际偏移地址。
SD卡的扇区大小是512byte ，所以每个扇区的偏移地址是0x200
这里的参数要传入SD卡扇区的编号，而不是地址，进入原函数我们可以看到官方内部已经帮我们做好了地址偏移。
2、测试结果
