玩玩STM32的SDIO

inthsunshine · 发表于 2023-5-13 21:45:17

本帖最后由 inthsunshine 于 2023-5-14 10:17 编辑

单片机的SD功能挺有意思的，可以玩大容量存储

以前曾尝试用普通的SPI驱动TF卡，无奈跑TF需要协议，比I2C协议复杂多，它是基于命令-响应模式，SPI口只是完成数据发送和接收，而协议部分需要软件完成，占用CPU较多，帧的形成和解析都要软件实现，比较麻烦，而且只能工作于1位模式，性能和功能都受限，SPI模式不是个好东西，也许在某些场合可以用用

这次决定用支持硬件SD的CPU做块板，看看性能如何，如果单纯的读写, 也有点无趣，所以自然想到把音频录音和播放加进去，增加点趣味性

拍照时彩屏没装上

常见的STM32 SDIO支持的SD卡协议版本是2.0，最高50MHz时钟(可能USB的关系，官方的启动文件设置成48M), 理论最大读写25MB/s; 象H7这种高端的可以支持4.2版本, 最大104MB/s,支持UHS-I

玩SD的核心就是读写，关键是所谓的识别过程，卡上电后处于空闲状态，通过命令使之进入传输状态，之后就可以读写数据，识别的流程在SD卡规范2.0里有详细的描述，这里就不重复，如果有兴趣建议看原版的规范，既详细也权威，不是网上某些资料可比的，因为有1.1和2.0的不同操作，网上搜出来可能是针对1.1,而这种卡基本看不到了(小等于2G的卡)，另外提醒一下，官方标准库有个示例程序，据网上反应问题多多，我没用它的驱动，我都是完全自己写的，不过我看了官方的驱动，确实有些问题，感觉它是把老版本的驱动(1.1)更新成2.0发布的但又没更新全，还残留很多1.1的东西，有点坑人

SDIO连接线有CK(时钟), CMD(发送命令和接收响应)，以及数据线D0-D3,在识别阶段，只需要发送命令和响应，大多数命令仅使用CK和CMD, 在数据传输(读写)时, 会用到D0-D3, 先在CMD发送读写命令，然后在D0-D3发送或者接收数据。

上电默认是1位模式，我测试了12MHz,24MHz,甚至48MHz时钟，都能正常读写，速度也正常，但切换到4位模式就收不到数据，反复检查，程序并没错，一头雾水

今天想起板子曾经有个元件没焊好导致彩屏无显示后来重焊解决，于是把CPU所有管脚，TF卡座的所有引脚重新焊了一遍，居然4位模式可以工作了，真是无语

，以前焊板子没出现过虚焊的问题，这次也许是锡膏抹少了或者管脚有氧化吧

最高时钟48MHz+4位模式，还是真的强悍啊，对于单片机，足够使用了，理论读写24MB/s, 读基本可以满速，写的话，老卡可能达不到，新点卡估计没问题

顺便把音频播放的代码加进去，播放正常，录音尚未测试，目前只是做个简单测试，先用44.1KHz/16位的WAV文件吧, 至于其它格式并非此板的重点，目前懒的弄

48MHz时钟信号，若播放常规格式WAV音频，1位模式+12M时钟都没问题，这时也有1.5MB/s的速度

读TF的长时基图，读写TF是以扇区为单位，一次512字节
读周期=1/44100 *(512/4)=2.9ms，和实测吻合

把上图看似尖脉冲的部分放大，实际是单块读的波形
读取1个扇区所需时间=1/48000000*(8/4)*512=21.33us
考虑到接收数据之前还需要发送命令以及程序运行时间，实际将大于上述时间

放大后，和前面2张一样是SDIO D3的数据

如此看来，读一个扇区时间小于25us, 挺快的，我手上的卡，比较老，电脑上测试也才10MB/s多的写入，估计放在板子上能到10M就很不错

硬件实现的确实不错