一、前言
在STM32项目开发中,经常会用到存储芯片存储数据。 比如:关机时保存机器运行过程中的状态数据,上电再从存储芯片里读取数据恢复;在存储芯片里也会存放很多资源文件。比如,开机音乐,界面上的菜单图标,字库文件,方便设备开机加载。
为了让单片机更加方便的读写这些资源文件,通常都会加文件系统,如果没有文件系统,直接读取写扇区的方式,对数据不好管理。 这篇文章就手把手教大家,在STM32上完成FATFS文件系统的移植;主控芯片采用STM32F103ZET6, 存储芯片我这里采用(雷龙) CS创世 SD NAND 。 SD NAND 简单来说就是贴片式SD卡,使用起来与普通的SD卡一样,简单的区别就是:比TF卡稳定,比eMMC便宜。 下面章节里会详细介绍下 CS创世 SD NAND。
下面是CS创世 SD NAND 与STM32开发的板的接线实物图:
这是读写扇区测试的结果:
二、SD NAND 介绍
我当前使用的SD NAND型号是,CSNP32GCR01-AOW,容量是4GB。
下面是通过编写STM32代码读取的存储信息:
Card Type:SDHC V2.0
Card ManufacturerID:102
Card RCA:5000
Card Capacity:3696 MB
Card BlockSize:512
芯片的详细参数如下:
【1】不用写驱动程序自带坏块管理
【2】尺寸小巧,简单易用,兼容性强,稳定可靠,固件可定制,LGA-8封装
【3】标准SDIO接口,兼容SPI,兼容拔插式TF卡/SD卡,可替代普通TF卡/SD卡
【4】尺寸6.2x8mm,直接贴片,不占空间
【5】内置平均读写算法,通过1万次随机掉电测试
【6】耐高低温,机贴手贴都非常方便
【7】速度级别Class10(读取速度23.5MB/S写入速度12.3MB/S)
【8】支持标准的SD 2.0协议,用户可以直接移植标准驱动代码,省去了驱动代码编程环节。支持TF卡启动的SOC都可以用SD NAND
【9】比TF卡稳定,比eMMC便宜
下面是芯片的实物图: 这是官网申请的样品,焊接了转接板,可以直接插在SD卡卡槽上测试。 最终选型之后,设计PCB板时,设计接口,直接贴片上去使用,非常稳定,抖动也不会导致,外置卡TF卡这种容易松动的问题。
这是雷龙的官网:http://www.longsto.com/product/35.html
三、编写SD NAND驱动代码
SD NAND 的驱动代码与正常的SD卡协议是一样的,支持标准的SD 2.0协议,下面我就直接贴出写好的驱动代码。
包括了模拟SPI,硬件SPI,SDIO等3种方式,完成对SD NAND 的读写。我当前使用的主控板子是STM32F103ZET6,如果你使用的板子不是这一款,可能还是其他的CPU也没关系;我这里直接贴出了SPI模拟时序的驱动代码,可以直接移植到任何单片机上使用,代码拷贝过去也只需要修改GPIO口即可,非常方便。
3.1 SPI模拟时序驱动方式
(1)整体工程代码
这是当前工程的截图: 代码采用寄存器风格编写,非常简洁。
当前工程完成SD NAND卡初始化,扇区的读写,测试芯片基本的使用情况。
(2) sd.c
#include "sdcard.h"
static u8 SD_Type=0; //存放SD卡的类型
/*
函数功能:SD卡底层接口,通过SPI时序向SD卡读写一个字节
函数参数:data是要写入的数据
返 回 值:读到的数据
*/
u8 SDCardReadWriteOneByte(u8 DataTx)
{
u8 i;
u8 data=0;
for(i=0;i< 8;i++)
{
SDCARD_SCK=0;
if(DataTx&0x80)SDCARD_MOSI=1;
else SDCARD_MOSI=0;
SDCARD_SCK=1;
DataTx< <=1;
data< <=1;
if(SDCARD_MISO)data|=0x01;
}
return data;
}
//4种: 边沿两种、电平是两种
/*
函数功能:底层SD卡接口初始化
本程序SPI接口如下:
PC11 片选 SDCardCS
PC12 时钟 SDCardSCLK
PD2 输出 SPI_MOSI--主机输出从机输入
PC8 输入 SPI_MISO--主机输入从机输出
*/
void SDCardSpiInit(void)
{
/*1. 开启时钟*/
RCC- >APB2ENR|=1< < 5; //使能PORTD时钟
RCC- >APB2ENR|=1< < 4; //使能PORTC时钟
/*2. 配置GPIO口模式*/
GPIOC- >CRH&=0xFFF00FF0;
GPIOC- >CRH|=0x00033008;
GPIOD- >CRL&=0xFFFFF0FF;
GPIOD- >CRL|=0x00000300;
/*3. 上拉*/
GPIOC- >ODR|=1< < 8;
GPIOC- >ODR|=1< < 11;
GPIOC- >ODR|=1< < 12;
GPIOD- >ODR|=1< < 2;
}
/*
函数功能:取消选择,释放SPI总线
*/
void SDCardCancelCS(void)
{
SDCARD_CS=1;
SDCardReadWriteOneByte(0xff);//提供额外的8个时钟
}
/*
函数 功 能:选择sd卡,并且等待卡准备OK
函数返回值:0,成功;1,失败;
*/
void SDCardSelectCS(void)
{
SDCARD_CS=0;
SDCardWaitBusy();//等待成功
}
/*
函数 功 能:等待卡准备好
函数返回值:0,准备好了;其他,错误代码
*/
void SDCardWaitBusy(void)
{
while(SDCardReadWriteOneByte(0XFF)!=0XFF){}
}
/*
函数功能:等待SD卡回应
函数参数:
Response:要得到的回应值
返 回 值:
0,成功得到了该回应值
其他,得到回应值失败
*/
u8 SDCardGetAck(u8 Response)
{
u16 Count=0xFFFF;//等待次数
while((SDCardReadWriteOneByte(0XFF)!=Response)&&Count)Count--;//等待得到准确的回应
if(Count==0)return SDCard_RESPONSE_FAILURE;//得到回应失败
else return SDCard_RESPONSE_NO_ERROR;//正确回应
}
/*
函数功能:从sd卡读取一个数据包的内容
函数参数:
buf:数据缓存区
len:要读取的数据长度.
返回值:
0,成功;其他,失败;
*/
u8 SDCardRecvData(u8*buf,u16 len)
{
if(SDCardGetAck(0xFE))return 1;//等待SD卡发回数据起始令牌0xFE
while(len--)//开始接收数据
{
*buf=SDCardReadWriteOneByte(0xFF);
buf++;
}
//下面是2个伪CRC(dummy CRC)
SDCardReadWriteOneByte(0xFF);
SDCardReadWriteOneByte(0xFF);
return 0;//读取成功
}
/*
函数功能:向sd卡写入一个数据包的内容 512字节
函数参数:
buf 数据缓存区
cmd 指令
返 回 值:0表示成功;其他值表示失败;
*/
u8 SDCardSendData(u8*buf,u8 cmd)
{
u16 t;
SDCardWaitBusy(); //等待忙状态
SDCardReadWriteOneByte(cmd);
if(cmd!=0XFD)//不是结束指令
{
for(t=0;t< 512;t++)SDCardReadWriteOneByte(buf[t]);//提高速度,减少函数传参时间
SDCardReadWriteOneByte(0xFF); //忽略crc
SDCardReadWriteOneByte(0xFF);
t=SDCardReadWriteOneByte(0xFF); //接收响应
if((t&0x1F)!=0x05)return 2; //响应错误
}
return 0;//写入成功
}
/*
函数功能:向SD卡发送一个命令
函数参数:
u8 cmd 命令
u32 arg 命令参数
u8 crc crc校验值
返回值:SD卡返回的响应
*/
u8 SendSDCardCmd(u8 cmd, u32 arg, u8 crc)
{
u8 r1;
SDCardCancelCS(); //取消上次片选
SDCardSelectCS(); //选中SD卡
//发送数据
SDCardReadWriteOneByte(cmd | 0x40);//分别写入命令
SDCardReadWriteOneByte(arg > > 24);
SDCardReadWriteOneByte(arg > > 16);
SDCardReadWriteOneByte(arg > > 8);
SDCardReadWriteOneByte(arg);
SDCardReadWriteOneByte(crc);
if(cmd==SDCard_CMD12)SDCardReadWriteOneByte(0xff);//Skip a stuff byte when stop reading
do
{
r1=SDCardReadWriteOneByte(0xFF);
}while(r1&0x80); //等待响应,或超时退出
return r1; //返回状态值
}
/*
函数功能:获取SD卡的CID信息,包括制造商信息
函数参数:u8 *cid_data(存放CID的内存,至少16Byte)
返 回 值:
0:成功,1:错误
*/
u8 GetSDCardCISDCardOutnfo(u8 *cid_data)
{
u8 r1;
//发SDCard_CMD10命令,读CID
r1=SendSDCardCmd(SDCard_CMD10,0,0x01);
if(r1==0x00)
{
r1=SDCardRecvData(cid_data,16);//接收16个字节的数据
}
SDCardCancelCS();//取消片选
if(r1)return 1;
else return 0;
}
/*
函数说明:
获取SD卡的CSD信息,包括容量和速度信息
函数参数:
u8 *cid_data(存放CID的内存,至少16Byte)
返 回 值:
0:成功,1:错误
*/
u8 GetSDCardCSSDCardOutnfo(u8 *csd_data)
{
u8 r1;
r1=SendSDCardCmd(SDCard_CMD9,0,0x01); //发SDCard_CMD9命令,读CSD
if(r1==0)
{
r1=SDCardRecvData(csd_data, 16);//接收16个字节的数据
}
SDCardCancelCS();//取消片选
if(r1)return 1;
else return 0;
}
/*
函数功能:获取SD卡的总扇区数(扇区数)
返 回 值:
0表示容量检测出错,其他值表示SD卡的容量(扇区数/512字节)
说 明:
每扇区的字节数必为512字节,如果不是512字节,则初始化不能通过.
*/
u32 GetSDCardSectorCount(void)
{
u8 csd[16];
u32 Capacity;
u16 csize;
if(GetSDCardCSSDCardOutnfo(csd)!=0) return 0; //取CSD信息,如果期间出错,返回0
if((csd[0]&0xC0)==0x40) //SDHC卡,按照下面方式计算
{
csize = csd[9] + ((u16)csd[8] < < 8) + 1;
Capacity = (u32)csize < < 10;//得到扇区数
}
return Capacity;
}
/*
函数功能: 初始化SD卡
返 回 值: 非0表示初始化失败!
*/
u8 SDCardDeviceInit(void)
{
u8 r1; // 存放SD卡的返回值
u8 buf[4];
u16 i;
SDCardSpiInit();//初始化底层IO口
for(i=0;i< 10;i++)SDCardReadWriteOneByte(0xFF); //发送最少74个脉冲
do
{
r1=SendSDCardCmd(SDCard_CMD0,0,0x95);//进入IDLE状态 闲置
}while(r1!=0X01);
SD_Type=0; //默认无卡
if(r1==0X01)
{
if(SendSDCardCmd(SDCard_CMD8,0x1AA,0x87)==1) //SD V2.0
{
for(i=0;i< 4;i++)buf[i]=SDCardReadWriteOneByte(0XFF);
if(buf[2]==0X01&&buf[3]==0XAA) //卡是否支持2.7~3.6V
{
do
{
SendSDCardCmd(SDCard_CMD55,0,0X01); //发送SDCard_CMD55
r1=SendSDCardCmd(SDCard_CMD41,0x40000000,0X01);//发送SDCard_CMD41
}while(r1);
if(SendSDCardCmd(SDCard_CMD58,0,0X01)==0)//鉴别SD2.0卡版本开始
{
for(i=0;i< 4;i++)buf[i]=SDCardReadWriteOneByte(0XFF);//得到OCR值
if(buf[0]&0x40)SD_Type=SDCard_TYPE_V2HC; //检查CCS
else SD_Type=SDCard_TYPE_V2;
}
}
}
}
printf("SD_Type=0x%Xrn",SD_Type);
SDCardCancelCS(); //取消片选
if(SD_Type)return 0; //初始化成功返回0
else if(r1)return r1; //返回值错误值
return 0xaa; //其他错误
}
/*
函数功能:读SD卡
函数参数:
buf:数据缓存区
sector:扇区
cnt:扇区数
返回值:
0,ok;其他,失败.
说 明:
SD卡一个扇区大小512字节
*/
u8 SDCardReadData(u8*buf,u32 sector,u32 cnt)
{
u8 r1;
if(SD_Type!=SDCard_TYPE_V2HC)sector< <=9;//转换为字节地址
if(cnt==1)
{
r1=SendSDCardCmd(SDCard_CMD17,sector,0X01);//读命令
if(r1==0) //指令发送成功
{
r1=SDCardRecvData(buf,512); //接收512个字节
}
}else
{
r1=SendSDCardCmd(SDCard_CMD18,sector,0X01);//连续读命令
do
{
r1=SDCardRecvData(buf,512);//接收512个字节
buf+=512;
}while(--cnt && r1==0);
SendSDCardCmd(SDCard_CMD12,0,0X01); //发送停止命令
}
SDCardCancelCS();//取消片选
return r1;//
}
/*
函数功能:向SD卡写数据
函数参数:
buf:数据缓存区
sector:起始扇区
cnt:扇区数
返回值:
0,ok;其他,失败.
说 明:
SD卡一个扇区大小512字节
*/
u8 SDCardWriteData(u8*buf,u32 sector,u32 cnt)
{
u8 r1;
if(SD_Type!=SDCard_TYPE_V2HC)sector *= 512;//转换为字节地址
if(cnt==1)
{
r1=SendSDCardCmd(SDCard_CMD24,sector,0X01);//读命令
if(r1==0)//指令发送成功
{
r1=SDCardSendData(buf,0xFE);//写512个字节
}
}
else
{
if(SD_Type!=SDCard_TYPE_MMC)
{
SendSDCardCmd(SDCard_CMD55,0,0X01);
SendSDCardCmd(SDCard_CMD23,cnt,0X01);//发送指令
}
r1=SendSDCardCmd(SDCard_CMD25,sector,0X01);//连续读命令
if(r1==0)
{
do
{
r1=SDCardSendData(buf,0xFC);//接收512个字节
buf+=512;
}while(--cnt && r1==0);
r1=SDCardSendData(0,0xFD);//接收512个字节
}
}
SDCardCancelCS();//取消片选
return r1;//
}
(3) sd.h
#ifndef SD_H
#define SD_H_
#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"
#include "usart.h"
/*----------------------------------------------
本程序SPI接口如下:
PC11 片选 SDCardCS
PC12 时钟 SDCardSCLK
PD2 输出 SPI_MOSI--主机输出从机输入
PC8 输入 SPI_MISO--主机输入从机输出
------------------------------------------------*/
#define SDCARD_CS PCout(11)
#define SDCARD_SCK PCout(12)
#define SDCARD_MOSI PDout(2)
#define SDCARD_MISO PCin(8)
// SD卡类型定义
#define SDCard_TYPE_ERR 0X00 //卡类型错误
#define SDCard_TYPE_MMC 0X01 //MMC卡
#define SDCard_TYPE_V1 0X02