• HAL库 CubeMX STM32采用SDIO实现对SD卡和NAND Flash的读写

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    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。 

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    二、SD卡/SD NAND底层原理

    三、硬件设计

    1、SD NAND引脚图

    2、芯片外观及封装：

    3、硬件电路原理图

    ​4、测试用转接板实物图

    四、 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

    五、代码编写

    1、公共代码

    2、常规方式读写

    3、DMA方式读写

    六、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：雷龙公司提供的CSNP4GCR01这款SD NAND。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，雷龙公司提供的CS SD 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、硬件设计

    1、SD NAND引脚图

    2、芯片外观及封装：

    3、硬件电路原理图

    如下，可以看到，我们只需要在芯片外围加上几个电阻、电容即可使用，这样可以很轻易的集成在我们自己的PCB封装上。

    4、测试用转接板实物图

    此次实验用的开发实物图：

    运行中的实物图：

    四、 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。

    五、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

    1. #include 
    2. #include 
    3.  
    4. #define BLOCK_START_ADDR         0     /* Block start address      */
    5. #define NUM_OF_BLOCKS            1     /* 扇区编号  */
    6. #define BUFFER_WORDS_SIZE        ((BLOCKSIZE * NUM_OF_BLOCKS) >> 2) /* Total data size in bytes */
    7.  
    8. //这里定义大小为512byte,正好是SD卡一个扇区,偏移地址0x00000200
    9. uint8_t Buffer_Tx[512],Buffer_Rx[512] = {0};
    10. uint8_t Buffer_Tx_DMA[1024],Buffer_Rx_DMA[1024] = {0};
    11. uint32_t i;
    12.  
    13. extern DMA_HandleTypeDef hdma_sdio;
    14.  
    15. int fputc(int c, FILE *stream)    //重写fputc函数
    16. {
    17.  /*
    18.     huart1是工具生成代码定义的UART1结构体，
    19.     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。
    20. */
    21.     HAL_UART_Transmit(&huart1, (unsigned char *)&c, 1, 1000);   
    22.     return 1;
    23. }
    24.  
    25.  
    26. // 打印SD卡基本信息
    27. void show_sdcard_info(void)
    28. {
    29. 		printf("Micro SD Card Test...\r\n");
    30. 		/* 检测SD卡是否正常（处于数据传输模式的传输状态） */
    31. 		if(HAL_SD_GetCardState(&hsd) == HAL_SD_CARD_TRANSFER)
    32. 		{      
    33. 				printf("Initialize SD card successfully!\r\n");
    34. 				// 打印SD卡基本信息
    35. 				printf(" SD card information! \r\n");
    36. 				printf(" CardCapacity  				: %llu \r\n", (unsigned long long)hsd.SdCard.BlockSize * hsd.SdCard.BlockNbr);// 显示容量
    37. 				printf(" CardBlockSize 				: %d \r\n", hsd.SdCard.BlockSize);   // 块大小
    38. 				printf(" LogBlockNbr   				: %d \r\n", hsd.SdCard.LogBlockNbr);	// 逻辑块数量
    39. 				printf(" LogBlockSize  				: %d \r\n", hsd.SdCard.LogBlockSize);// 逻辑块大小
    40. 				printf(" RCA                 	: %d \r\n", hsd.SdCard.RelCardAdd);  // 卡相对地址
    41. 				printf(" CardType            	: %d \r\n", hsd.SdCard.CardType);    // 卡类型
    42. 				// 读取并打印SD卡的CID信息
    43. 				HAL_SD_CardCIDTypeDef sdcard_cid;
    44. 				HAL_SD_GetCardCID(&hsd,&sdcard_cid);
    45. 				printf(" ManufacturerID: %d \r\n",sdcard_cid.ManufacturerID);
    46. 		}
    47. 		else
    48. 		{
    49. 				printf("SD card init fail!\r\n" );
    50. 		}
    51. }
    52.  
    53. /* 擦除SD卡块 */
    54. void erase_sdcard(SD_HandleTypeDef *hsd, uint32_t BlockStartAdd, uint32_t BlockEndAdd)
    55. {
    56.   printf("------------------- Block Erase -------------------------------\r\n");
    57.   if(HAL_SD_Erase(hsd, BlockStartAdd, BlockEndAdd) == HAL_OK)
    58.   {
    59.     /* Wait until SD cards are ready to use for new operation */
    60.     while(HAL_SD_GetCardState(hsd) != HAL_SD_CARD_TRANSFER)
    61.     {
    62.     }
    63.     printf("\r\nErase Block Success!\r\n");
    64.   }
    65.   else
    66.   {
    67.       printf("\r\nErase Block Failed!\r\n");					
    68.   }
    69. }

    2、常规方式读写

    1. /* 填充缓冲区数据 */
    2. void write_sdcard(SD_HandleTypeDef *hsd, uint8_t *pData, uint32_t BlockAdd, uint32_t NumberOfBlocks, uint32_t Timeout)
    3. {
    4.   /* 向SD卡块写入数据 */
    5.   printf("------------------- Start Write SD card block data ------------------\r\n");
    6.   if(HAL_SD_WriteBlocks(hsd, pData, BlockAdd, NumberOfBlocks, Timeout) == HAL_OK)
    7.   {
    8.     while(HAL_SD_GetCardState(hsd) != HAL_SD_CARD_TRANSFER)
    9.     {
    10.     }
    11.     printf("\r\nWrite Block Success!\r\n");
    12.   }
    13.   else
    14.   {
    15.     printf("\r\nWrite Block Failed!\r\n");
    16.   }
    17. }
    18.  
    19. /* 读取操作之后的数据 */
    20. void read_sdcard(SD_HandleTypeDef *hsd, uint8_t *pData, uint32_t BlockAdd, uint32_t NumberOfBlocks, uint32_t Timeout)
    21. {
    22.   printf("------------------- Start Read SD card block data ------------------\r\n");
    23.   if(HAL_SD_ReadBlocks(hsd, pData, BlockAdd, NumberOfBlocks, Timeout) == HAL_OK)
    24.   {
    25.     while(HAL_SD_GetCardState(hsd) != HAL_SD_CARD_TRANSFER)
    26.     {
    27.     }
    28.     printf("\r\nRead Block Success!\r\n");
    29.   }
    30.   else
    31.   {
    32.     printf("\r\nRead Block Failed!\r\n");				
    33.   }
    34. }

    主函数里代码如下：

    1.   /* USER CODE BEGIN 2 */
    2. show_sdcard_info();
    3. //擦除5个扇区
    4. erase_sdcard(&hsd, 0, 5);
    5. memset(Buffer_Tx, 0x55, sizeof(Buffer_Tx));
    6. write_sdcard(&hsd, Buffer_Tx, 1, 2, 10);
    7. read_sdcard(&hsd, Buffer_Rx, 1, 2, 10);
    8. //查看读取到的数据
    9. for(i = 0; i < sizeof(Buffer_Rx)/sizeof(Buffer_Rx[0]); i++)
    10. {
    11.    printf("0x%02x:%02x ", i, Buffer_Rx[i]);
    12. }
    13.   /* 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）

    1. //非阻塞式DMA读
    2. HAL_StatusTypeDef SDIO_ReadBlocks_DMA(SD_HandleTypeDef *hsd, uint8_t *pData, uint32_t BlockAdd, uint32_t NumberOfBlocks)
    3. {
    4. 	HAL_StatusTypeDef Return_Status;
    5. 	HAL_SD_CardStateTypeDef SD_Card_Status;
    6. 	
    7. 	do{ SD_Card_Status = HAL_SD_GetCardState(hsd);}while(SD_Card_Status != HAL_SD_CARD_TRANSFER );
    8.  
    9. 	HAL_DMA_DeInit(&hdma_sdio);
    10. 	hdma_sdio.Instance = DMA2_Channel4;
    11. 	hdma_sdio.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
    12. 	hdma_sdio.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
    13. 	hdma_sdio.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
    14. 	hdma_sdio.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_WORD;
    15. 	hdma_sdio.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_WORD;
    16. 	hdma_sdio.Init.Mode = DMA_NORMAL;
    17. 	hdma_sdio.Init.Priority = DMA_PRIORITY_LOW;
    18. 	if (HAL_DMA_Init(&hdma_sdio) != HAL_OK)
    19. 	{
    20. 		Error_Handler();
    21. 	}
    22. 	__HAL_LINKDMA(hsd,hdmarx,hdma_sdio);	
    23.  
    24. 	MX_SDIO_SD_Init();
    25. 	
    26. 	Return_Status = HAL_SD_ReadBlocks_DMA(hsd, pData, BlockAdd, NumberOfBlocks);
    27. 	
    28. 	return Return_Status;
    29. }
    30.  
    31. //非阻塞式DMA写
    32. HAL_StatusTypeDef SDIO_WriteBlocks_DMA(SD_HandleTypeDef *hsd, uint8_t *pData, uint32_t BlockAdd, uint32_t NumberOfBlocks)
    33. {
    34. 	HAL_StatusTypeDef Return_Status;
    35. 	HAL_SD_CardStateTypeDef SD_Card_Status;
    36. 	do{ SD_Card_Status = HAL_SD_GetCardState(hsd);}while(SD_Card_Status != HAL_SD_CARD_TRANSFER );
    37.  
    38. 	HAL_DMA_DeInit(&hdma_sdio);
    39. 	hdma_sdio.Instance = DMA2_Channel4;
    40. 	hdma_sdio.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
    41. 	hdma_sdio.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
    42. 	hdma_sdio.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
    43. 	hdma_sdio.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_WORD;
    44. 	hdma_sdio.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_WORD;
    45. 	hdma_sdio.Init.Mode = DMA_NORMAL;
    46. 	hdma_sdio.Init.Priority = DMA_PRIORITY_LOW;
    47. 	if (HAL_DMA_Init(&hdma_sdio) != HAL_OK)
    48. 	{
    49. 		Error_Handler();
    50. 	}
    51. 	__HAL_LINKDMA(hsd,hdmarx,hdma_sdio);	
    52.  
    53. 	MX_SDIO_SD_Init();
    54.  
    55. 	Return_Status = HAL_SD_WriteBlocks_DMA(hsd,pData, BlockAdd, NumberOfBlocks);
    56. 	
    57. 	return Return_Status;
    58. }

    主函数里代码如下：

    1. /* USER CODE BEGIN 2 */
    2.  
    3. HAL_StatusTypeDef Return_Status;	
    4. memset(Buffer_Tx_DMA, 0x55, sizeof(Buffer_Tx_DMA));
    5. Return_Status = SDIO_WriteBlocks_DMA(&hsd,Buffer_Tx_DMA, 0, 1);
    6. printf("write status :%d\r\n",Return_Status);
    7. Return_Status = SDIO_ReadBlocks_DMA(&hsd,Buffer_Rx_DMA, 0, 2);
    8. printf("read status :%d\r\n",Return_Status);
    9. //查看读取到的数据
    10. for(i = 0; i < sizeof(Buffer_Rx_DMA)/sizeof(Buffer_Rx_DMA[0]); i++)
    11. {
    12.   printf("0x%02x:%02x ", i, Buffer_Rx_DMA[i]);
    13. }
    14.  
    15. /* USER CODE END 2 */

    六、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

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