本帖最后由 yang377156216 于 2023-8-29 16:19 编辑
#申请原创# @21小跑堂 由于MCU本身的FLASH容量有限，而在本项目中需要存储大量的电能数据，此时则要使用外部的存储器，同时考虑到成本以及方便在其他设备上使用，microSD卡成为常用外部存储器，它具有体积小、易使用、容量大的优点，同时现有的配套软件和硬件非常齐全，能够达到开箱即用的效果。为了管理大容量的SD卡设备，还需要一个文件系统，好在RT-Thread已经为我们提供了一套完善的文件系统机制，称为Device Virtual File System（即设备虚拟文件系统），提供POSIX标准的文件操作功能（open,write,read等），完全可以使用与PC端基本一致的API调用进行文件的读写等操作。microSD卡和文件系统之间需要的驱动程序（elm-FatFs和MSD）也由RT-Thread提供了，我们几乎不需要编写代码就能够在MCU的嵌入式系统上，读写SD卡上的文件了，省去学习和调试代码的大量时间。本文将介绍在 F4A0 平台上，基于 RT-Thread bsp 框架实现使用 spi 接口对外部 SD/TF 卡的操作。 - IDE ：Keil MDK 5.2X
- 硬件平台 ：EV_HC32F4A0_LQFP176_Rev1.0 开发板和 16G 的 TF 卡
- Env tool ：env_released_x_x_x
- 调试工具 ：USB 串口线和逻辑分析仪
基础工程
本项目工程之前是基于 RT-Thread v4.0.4 版本上开发的，所以得克隆下对应版本，链接为： https://gitee.com/rtthread/rt-thread/tree/v4.0.4 。至于如何搭建 env 环境和构建基础的 F4A0 rt-thread bsp 的 MDK 工程，在此忽略，可参考上篇介绍的流程进行处理： https://bbs.21ic.com/icview-3320018-1-1.html 。
配置工程
得到基础工程后，需要在 menuconfig 环境下完成所需功能的配置。
- RT-Thread Components -> Device virtual file system 开启文件系统，并启用 Enable elm-chan fatfs 开启 elm-fatfs 文件系统
- Hardware Drivers Config -> On-chip Peripheral Drivers -> SPI Drivers 开启spi1
- RT-Thread Components -> Device Drivers -> Using SPI Bus/Device device drivers开启SPI设备驱动，并启用Using SD/TF card driver with spi选项开启spi协议的sd卡驱动支持，由于文件系统中还会需要 RTC 的支持，暂时使用软件模拟 RTC 来适配该功能，启用 Using RTC device drivers 选项和启用 Using software simulation RTC device 选项来开启 RTC 功能
到此，已经完成了所需驱动的所有配置。接下来就可以重新生成对应的 Keil 工程了，使用命令 ： scons --target=mdk5 -s ，生成的工程文件为根目录下的 project.uvprojx 。
修改配置代码
由于 bsp 中未使能 spi 对应引脚的配置功能，所以需要根据硬件原理图完成更改，开发板上的连线方式是 SDIO 接口的，实际上也可以直接换成 SPI 接口的，而且加上 F4A0 具备通信端口可自由映射的超级方便的功能，这样可以直接在原 demo 板上实现一个 TF 卡既可以用 SDIO 驱动又可以用 SPI 模式驱动。根据原理图可以得到对应的通信引脚功能配置如下：
PB05 - SPI1_NSS 3线制软cs PD02 - SPI1_MOSI FUNC41 PC12 - SPI1_SCK FUNC40 PB07 - SPI1_MISO FUNC42
相应需要更改的 board_config.h 代码如下：
#if defined(BSP_USING_SPI1)
#define SPI1_NSS_PORT (GPIO_PORT_B)
#define SPI1_NSS_PIN (GPIO_PIN_05)
#define SPI1_NSS_GPIO_FUNC (GPIO_FUNC_0_GPO)
#define SPI1_SCK_PORT (GPIO_PORT_C)
#define SPI1_SCK_PIN (GPIO_PIN_12)
#define SPI1_SCK_GPIO_FUNC (GPIO_FUNC_40_SPI1_SCK)
#define SPI1_MOSI_PORT (GPIO_PORT_D)
#define SPI1_MOSI_PIN (GPIO_PIN_02)
#define SPI1_MOSI_GPIO_FUNC (GPIO_FUNC_41_SPI1_MOSI)
#define SPI1_MISO_PORT (GPIO_PORT_B)
#define SPI1_MISO_PIN (GPIO_PIN_07)
#define SPI1_MISO_GPIO_FUNC (GPIO_FUNC_42_SPI1_MISO)
#endif
void sd_mount(void *parameter)
{
while (1)
{
rt_thread_mdelay(500);
if(rt_device_find("sd0") != RT_NULL)
{
if (dfs_mount("sd0", "/", "elm", 0, 0) == RT_EOK)
{
LOG_I("sd card mount to '/'");
break;
}
else
{
LOG_W("sd card mount to '/' failed!");
}
}
}
}
int hc32_sdcard_mount(void)
{
rt_thread_t tid;
tid = rt_thread_create("sd_mount", sd_mount, RT_NULL,
1024, RT_THREAD_PRIORITY_MAX - 2, 20);
if (tid != RT_NULL)
{
rt_thread_startup(tid);
}
else
{
LOG_E("create sd_mount thread err!");
}
return RT_EOK;
}
INIT_APP_EXPORT(hc32_sdcard_mount);
static int rt_hw_spi1_tfcard(void)
{
hc32_hw_spi_device_attach("spi1", "spi10", SPI1_NSS_PORT, SPI1_NSS_PIN);
LOG_I("hw_spi_device_attach ok!\r\n");
return msd_init("sd0", "spi10");
}
INIT_DEVICE_EXPORT(rt_hw_spi1_tfcard);
首先一个坑，msd_init 函数调用后一直无法正确触发回调到底层配置 hc32_spi_configure 函数里面来，导致 spi1 初始化未能正确完成。经过一番挣扎，终于发现到问题点：之前用的是 INIT_COMPONENT_EXPORT(rt_hw_spi1_tfcard); 需要改成 INIT_DEVICE_EXPORT(rt_hw_spi1_tfcard); 至于为什么，那要好好研究 rt-thread 了，在此不作过多讨论。
第二个坑，使用逻辑分析仪抓波形，发现 cs 引脚电平一直不变而其它引脚上有波形了。很明显这是 IO 配置的问题，一下子就定位到了问题点：需要在 board_config.c 的 hc32_board_spi_init 初始化函数中添加以下代码使能输出作用并且初始化拉高 cs：
GPIO_OE(SPI1_NSS_PORT, SPI1_NSS_PIN, Enable);
GPIO_SetPins(SPI1_NSS_PORT, SPI1_NSS_PIN);
测试验证
编译代码并下载成功后，飞线将 PH15/PH13 连接到板载 CMSIS-Dap 端的 RX/TX 即可使用调试器枚举出的虚拟串口，开启串口工具以及抓取对应的 SPI1 波形，正常会显示如下：
另外，不再多写一句代码都可以进行测试读写 TF 卡，那就是在 msh 中使用命令实现，因为文件系统中已经自带了该功能。大致命令流程梳理如下：
- 输入list device命令并回车，可以查看设备，[size=1em]这里sd0为分区，后续会对他进行操作
- [size=1em]使用 date 命令进行时间的设置和查询，让文件系统具备时钟功能
- 初次使用的SD卡，可能没有文件系统，或者文件系统不是FAT格式的，需要使用 mkfs 命令将SD卡格式化为FAT文件系统，后续才能挂载成功
- 使用 ls、echo、cat 命令，进行文件读写操作，使用 cd、mkdir、pwd 等命令，进行文件目录的操作
当然也可以使用文件系统的 api 接口来实现文件的读写操作，这里也不做过多探讨了，因为底层都已经通了，后面可以随便造了。
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楼主
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基于 RT-Thread bsp 框架实现使用 spi 接口对外部 SD/TF 卡进行操作，解决大量数据存储问题。