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[STM32F1]

用STM32F103完成对SD卡数的读写

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楼主
一、前言
由于咱们使用的是STM32F103C8T6的最小系统并没有SDIO口,所以想要外接存储设备对数据进行存储必须使用SPI对我们SD卡中的数据进行读写。

二、题目要求
掌握SD卡协议原理,用STM32F103完成对SD卡的数据读取(fat文件模式)。

三、SD卡协议了解
1、SDIO协议简介
SD卡(Secure Digital Memory Card)在我们的生活中已经非常普遍了,控制器对SD卡进行读写通信操作一般有两种通信接口可选,一种是 SPI接口,另外一种就是 SDIO接口。SDIO 全称是 安全数字输入/输出接口,多媒体卡(MMC)、SD卡、SD I/O卡 都有 SDIO接口。STM32F103系列控制器有一个 SDIO主机接口,它可以与 MMC卡、SD卡、SD I/O卡 以及 CE-ATA 设备进行数据传输。

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沙发
结合国际经验|  楼主 | 2023-10-19 12:36 | 只看该作者
2、SD卡物理结构
一般SD卡包括有存储单元、存储单元接口、电源检测、卡及接口控制器和接口驱动器 5个部分。

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板凳
结合国际经验|  楼主 | 2023-10-19 12:36 | 只看该作者
存储单元是存储数据部件,存储单元通过存储单元接口与卡控制单元进行数据传输;
电源检测单元保证SD卡工作在合适的电压下,如出现掉电或上状态时,它会使控制单元和存储单元接口复位;
卡及接口控制单元控制SD卡的运行状态,它包括有8个寄存器;
接口驱动器控制SD卡引脚的输入输出。
SD卡总共有8个寄存器,用于设定或表示SD卡信息。

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地板
结合国际经验|  楼主 | 2023-10-19 12:37 | 只看该作者
这些寄存器只能通过对应的命令访问,SDIO定义64个命令,每个命令都有特殊意义,可以实现某一特定功能,SD卡接收到命令后,根据命令要求对SD卡内部寄存器进行修改,程序控制中只需要发送组合命令就可以实现SD卡的控制以及读写操作。

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5
结合国际经验|  楼主 | 2023-10-19 12:38 | 只看该作者
3、SD卡寄存器列表

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6
结合国际经验|  楼主 | 2023-10-19 12:38 | 只看该作者
4、SD卡初始化(SPI模式)
SPI操作模式下:在SD卡收到复位命令时,CS为有效电平(低电平),则SPI模式被启用,在发送CMD之前要先发送74个时钟,64个为内部供电上升时间,10个用于SD卡同步;之后才能开始CMD操作,在初始化时CLK时钟不能超过400KHz。

1、初始化与SD卡连接的硬件条件(MCU的SPI配置,IO口配置);
2、上电延时(>74个CLK);
3、复位卡(CMD0),进入IDLE状态;
4、发送CMD8,检查是否支持2.0协议;
5、根据不同协议检查SD卡(命令包括:CMD55、CMD41、CMD58和CMD1等);
6、取消片选,发多8个CLK,结束初始化
这样我们就完成了对SD卡的初始化,注意末尾发送的8个CLK是提供SD卡额外的时钟,完成某些操作。通过SD卡初始化,我们可以知道SD卡的类型(V1、V2、V2HC或者MMC),在完成了初始化之后,就可以开始读写数据了。

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7
结合国际经验|  楼主 | 2023-10-19 12:39 | 只看该作者
5、SD卡读写(SPI模式)
1、发送CMD17;
2、接收卡响应R1;
3、接收数据起始令牌0XFE;
4、接收数据;
5、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。
6、禁止片选之后,发多8个CLK;
以上就是一个典型的读取SD卡数据过程,SD卡的写于读数据差不多,写数据通过CMD24来实现,具体过程如下:
1、发送CMD24;
2、接收卡响应R1;
3、发送写数据起始令牌0XFE;
4、发送数据;
5、发送2字节的伪CRC;
6、禁止片选之后,发多8个CLK;
以上就是一个典型的写SD卡过程。

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8
结合国际经验|  楼主 | 2023-10-19 12:42 | 只看该作者
四、使用CubeMX创建工程
整体管脚配置预览

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9
结合国际经验|  楼主 | 2023-10-19 12:43 | 只看该作者
先配置SYS

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10
结合国际经验|  楼主 | 2023-10-19 12:43 | 只看该作者
配置PA4如图所示

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11
结合国际经验|  楼主 | 2023-10-19 12:43 | 只看该作者
这里不改名也可以,改名只是为了方便我们**它

配置USART1

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12
结合国际经验|  楼主 | 2023-10-19 12:45 | 只看该作者
配置SPI1为全双工主模式

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13
结合国际经验|  楼主 | 2023-10-19 12:46 | 只看该作者
配置FATFS

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14
结合国际经验|  楼主 | 2023-10-19 12:47 | 只看该作者
工程配置

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15
结合国际经验|  楼主 | 2023-10-19 12:47 | 只看该作者
注:这里一定要修改堆栈的大小,太小了会使我们无法读取SD卡的数据,直接导致我们的程序跑飞

现在生成代码即可。

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16
结合国际经验|  楼主 | 2023-10-19 12:47 | 只看该作者
五、程序的编写
首先点击下载我们需要的代码
提取码:1111
下载完以后需要将这两个.C和.H文件复制到自己的工程目录下

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17
结合国际经验|  楼主 | 2023-10-19 12:48 | 只看该作者
紧接着咱们打开自己的MDK在其中添加刚刚复制过来的两个文件

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18
结合国际经验|  楼主 | 2023-10-19 12:49 | 只看该作者
添加文件并修改接口里面的内容映射到SPI上,可以直接将以下代码复制粘贴过去


  uint8_t res;
        res = SD_init();//SD_Initialize()
                         if(res)//STM32 SPI的bug,在sd卡操作失败的时候如果不执行下面的语句,可能导致SPI读写异常
                        {
                                SPI_setspeed(SPI_BAUDRATEPRESCALER_256);
                                spi_readwrite(0xff);//提供额外的8个时钟
                                SPI_setspeed(SPI_BAUDRATEPRESCALER_2);
                        }
        if(res)return  STA_NOINIT;
        else return RES_OK; //初始化成功

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19
结合国际经验|  楼主 | 2023-10-19 12:49 | 只看该作者

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20
结合国际经验|  楼主 | 2023-10-19 12:49 | 只看该作者
main.c:
/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * [url=home.php?mod=space&uid=288409]@file[/url]           : main.c
  * [url=home.php?mod=space&uid=247401]@brief[/url]          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * <h2><center>&copy; Copyright (c) 2019 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.</center></h2>
  *
  * This software component is licensed by ST under Ultimate Liberty license
  * SLA0044, the "License"; You may not use this file except in compliance with
  * the License. You may obtain a copy of the License at:
  *                             www.st.com/SLA0044
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "fatfs.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "SDdriver.h"




/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */

/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
SPI_HandleTypeDef hspi1;

UART_HandleTypeDef huart1;

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_SPI1_Init(void);
static void MX_USART1_UART_Init(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
int fputc(int ch, FILE *f)   
{
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (unsigned char *)&ch, 1, 0xFFFF);   
    return ch;
}
uint16_t uart_value[3];
uint8_t aRxBuffer1;        //uart rx buff





void WritetoSD(BYTE write_buff[],uint8_t bufSize);
char SD_FileName[] = "hello.txt";
uint8_t WriteBuffer[] = "01 窝室嫩叠\r\n";

//uint8_t test_sd =0;        //用于测试格式化
uint8_t write_cnt =0;        //写SD卡次数




void WritetoSD(BYTE write_buff[],uint8_t bufSize)
{
        FATFS fs;
        FIL file;
        uint8_t res=0;
        UINT Bw;       
       
        res = SD_init();                //SD卡初始化
       
        if(res == 1)
        {
                printf("SD卡初始化失败! \r\n");               
        }
        else
        {
                printf("SD卡初始化成功! \r\n");               
        }
       
        res=f_mount(&fs,"0:",1);                //挂载
       
//        if(test_sd == 0)                //用于测试格式化
        if(res == FR_NO_FILESYSTEM)                //没有文件系统,格式化
        {
//                test_sd =1;                                //用于测试格式化
                printf("没有文件系统! \r\n");               
                res = f_mkfs("", 0, 0);                //格式化sd卡
                if(res == FR_OK)
                {
                        printf("格式化成功! \r\n");               
                        res = f_mount(NULL,"0:",1);                 //格式化后先取消挂载
                        res = f_mount(&fs,"0:",1);                        //重新挂载       
                        if(res == FR_OK)
                        {
                                printf("SD卡已经成功挂载,可以进进行文件写入测试!\r\n");
                        }       
                }
                else
                {
                        printf("格式化失败! \r\n");               
                }
        }
        else if(res == FR_OK)
        {
                printf("挂载成功! \r\n");               
        }
        else
        {
                printf("挂载失败! \r\n");
        }       
       
        res = f_open(&file,SD_FileName,FA_OPEN_ALWAYS |FA_WRITE);
        if((res & FR_DENIED) == FR_DENIED)
        {
                printf("卡存储已满,写入失败!\r\n");               
        }
       
        f_lseek(&file, f_size(&file));//确保写词写入不会覆盖之前的数据
        if(res == FR_OK)
        {
                printf("打开成功/创建文件成功! \r\n");               
                res = f_write(&file,write_buff,bufSize,&Bw);                //写数据到SD卡
                if(res == FR_OK)
                {
                        printf("文件写入成功! \r\n");                       
                }
                else
                {
                        printf("文件写入失败! \r\n");
                }               
        }
        else
        {
                printf("打开文件失败!\r\n");
        }       
       
        f_close(&file);                                                //关闭文件               
        f_mount(NULL,"0:",1);                 //取消挂载
       
}


void Get_SDCard_Capacity(void)
{
        FRESULT result;
        FATFS FS;
        FATFS *fs;
        DWORD fre_clust,AvailableSize,UsedSize;  
        uint16_t TotalSpace;
        uint8_t res;
       
        res = SD_init();                //SD卡初始化
        if(res == 1)
        {
                printf("SD卡初始化失败! \r\n");               
        }
        else
        {
                printf("SD卡初始化成功! \r\n");               
        }
       
        /* 挂载 */
        res=f_mount(&FS,"0:",1);                //挂载
        if (res != FR_OK)
        {
                printf("FileSystem Mounted Failed (%d)\r\n", result);
        }

        res = f_getfree("0:", &fre_clust, &fs);  /* 根目录 */
        if ( res == FR_OK )
        {
                TotalSpace=(uint16_t)(((fs->n_fatent - 2) * fs->csize ) / 2 /1024);
                AvailableSize=(uint16_t)((fre_clust * fs->csize) / 2 /1024);
                UsedSize=TotalSpace-AvailableSize;              
                /* Print free space in unit of MB (assuming 512 bytes/sector) */
                printf("\r\n%d MB total drive space.\r\n""%d MB available.\r\n""%d MB  used.\r\n",TotalSpace, AvailableSize,UsedSize);
        }
        else
        {
                printf("Get SDCard Capacity Failed (%d)\r\n", result);
        }               
}


/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */
  

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_SPI1_Init();
  MX_FATFS_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
       
        HAL_UART_Receive_IT(&huart1,&aRxBuffer1,1);         //enable uart       

        printf(" main \r\n");

        Get_SDCard_Capacity();        //得到使用内存并选择格式化



  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
               
               
               
                WritetoSD(WriteBuffer,sizeof(WriteBuffer));               

               
               
//                HAL_Delay(500);
                WriteBuffer[0] = WriteBuffer[0] +0;
                WriteBuffer[1] = WriteBuffer[1] +1;
                write_cnt ++;
               
                while(write_cnt > 5)
                {       
                        printf(" while \r\n");
                        HAL_Delay(500);
                }               
               
               
               
               
               
               
               
               
               
               
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSI_DIV2;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL16;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /** Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/**
  * @brief SPI1 Initialization Function
  * @param None
  * @retval None
  */
static void MX_SPI1_Init(void)
{

  /* USER CODE BEGIN SPI1_Init 0 */

  /* USER CODE END SPI1_Init 0 */

  /* USER CODE BEGIN SPI1_Init 1 */

  /* USER CODE END SPI1_Init 1 */
  /* SPI1 parameter configuration*/
  hspi1.Instance = SPI1;
  hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
  hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
  hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
  hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;
  hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;
  hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;
  hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_2;
  hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
  hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;
  hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
  hspi1.Init.CRCPolynomial = 10;
  if (HAL_SPI_Init(&hspi1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /* USER CODE BEGIN SPI1_Init 2 */

  /* USER CODE END SPI1_Init 2 */

}

/**
  * @brief USART1 Initialization Function
  * @param None
  * @retval None
  */
static void MX_USART1_UART_Init(void)
{

  /* USER CODE BEGIN USART1_Init 0 */

  /* USER CODE END USART1_Init 0 */

  /* USER CODE BEGIN USART1_Init 1 */

  /* USER CODE END USART1_Init 1 */
  huart1.Instance = USART1;
  huart1.Init.BaudRate = 115200;
  huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
  huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
  huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
  if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /* USER CODE BEGIN USART1_Init 2 */

  /* USER CODE END USART1_Init 2 */

}

/**
  * @brief GPIO Initialization Function
  * @param None
  * @retval None
  */
static void MX_GPIO_Init(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

  /* GPIO Ports Clock Enable */
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

  /*Configure GPIO pin Output Level */
  HAL_GPIO_WritePin(SD_CS_GPIO_Port, SD_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);

  /*Configure GPIO pin : SD_CS_Pin */
  GPIO_InitStruct.Pin = SD_CS_Pin;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  HAL_GPIO_Init(SD_CS_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

}

/* USER CODE BEGIN 4 */

/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */

  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     tex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

/************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/

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