振南ZN-X开发板【STM32M3版】模块实验之 SD卡IO模拟/硬件SPI比速

只看该作者 · 2014-10-10 13:56

本帖最后由 znmcu 于 2014-10-10 14:16 编辑

振南网站还在继续美化改进，暂时提供一个平台来发布振南的实验和相关资料！
http://www.znmcu.cn/znx_m3_exp_sd_speed_test.html
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SD卡物理扇区读写IO模拟SPI与硬件SPI

两种驱动方式速度性能比较【STM32 M3版】

实验说明：

《SD卡物理扇区读写实验》中我们使用了两种SPI接口方式，即IO模拟SPI方式与硬件SPI方式。它有各有利弊，但是很多人更关心它们的数据读写速度。此实验主要针对此方面进行测试和评估。

所需硬件：

此实验中需要的硬件有：

ZN-X开发板基板(STM32 M3版)【也可使用自己的开发板，需要将SD卡模块与开发板通过导线相连，还需要在IO上加10K上拉电阻】

ARM-OB或JLINK仿真器（用于仿真与程序下载）

USB转串口模块(用于串口通信与程序下载)

SD卡读写模块与SD卡

【注：此实验中使用的是SD卡2接口，SD卡1连接的STM32的IO，没有硬件SPI功能，因此SD卡1只能使用IO模拟SPI方式。】

电路原理图及详解：

同《SD卡物理扇区读写实验》。

实验方法与流程：

主要代码如下：读写SD卡的连续10000个扇区，同时使用定时器记录所花费的时间，最终分别计算得到它们的数据读写速度。

unsigned char pbuf[512]; //数据缓冲区

extern unsigned int counter;

int main(void)

{

int i=0,res=0,cnt=0;

u32 tt_sec=0;

delay_init();

uart_init(9600); //串口初始化为9600

printf("串口设置完毕\r\n");

SD2_IOSPI_Init();

TIM3_Int_Init(10000,7200);

while(SD2_Init())

{

cnt++;

printf("SD卡2初始化已尝试%d次\r\n",cnt);

if(cnt>=3) printf("振南ZN-X开发板SD卡2初始化失败\r\n");while(1);

}

printf("振南ZN-X开发板SD卡2初始化成功\r\n");

tt_sec = SD2_GetTotalSec();

printf("SD卡2总扇区:%d\r\n",tt_sec);

printf("SD卡2总容量(MB):%d\r\n",tt_sec>>11);

for(i=0;i<512;i++) pbuf=i;

printf("开始计时....\r\n");

counter=0;

TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);

for(i=0;i<10000;i++)

{

SD2_Write_Sector(1000+i,pbuf);

}

TIM_Cmd(TIM3, DISABLE);

printf("停止计时....\r\n");

printf("SD卡2写扇区完成,共花费%d秒\r\n",counter);

printf("扇区数据写速度约为%dKBps\r\n",5120/counter);

printf("开始计时....\r\n");

counter=0;

TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);

for(i=0;i<10000;i++)

{

SD2_Read_Sector(1000+i,pbuf);

}

TIM_Cmd(TIM3, DISABLE);

printf("停止计时....\r\n");

printf("SD卡2读扇区完成,共花费%d秒\r\n",counter);

printf("扇区数据读速度约为%dKBps\r\n",5120/counter);

while(1);

}

实验结果如下图所示：

图中左边是IO模拟SPI方式，右边是硬件SPI方式，显然右边比左边速率要高得多。

IO模拟SPI方式，最大的好处就是简单通用，只要有IO操作就可以实现SD卡驱动。而且可以灵活控制SPI的速度。硬件SPI虽然速度较快，但它也有它的麻烦之处。硬件SPI的时钟是由芯片时钟经过硬件分频得到的，它最大的问题在于不能无限降低时钟速率，比如最大设置为128分频或256分频。SD卡在初始化的时候对SPI的速率是比较敏感的，如果SPI过快，则可能导致初始化失败，一般来说要低于400KHz，甚至更低。如果硬件SPI的速率即使设置到最低，仍然不能满足SD卡初始化对SPI的速率要求，那么就会使得SD卡初始化操作无法成功完成。在此实验中，STM32 M3芯片的实际工作频率为72MHz，硬件SPI的时钟为工作频率的1/2，预分频最低可设置256分频，即SPI最低速度可以达到72000/(2*256)=141KHz。所以SD卡初始化可以顺利进行（其实再低一些，初始化会更稳定，但是它已经无法再低了）。成功初始化之后，SPI时钟将被重新设置为最高，即2分频，约为18MHz，用以提高数据读写速率。

源代码下载：

振南ZN-X开发板SD卡IO模拟SPI实现方式数据读写速率测试

振南ZN-X开发板SD卡硬件SPI实现方式数据读写速率测试