STM32CubeMx 用 SD カードドライバー

1. SDカードの概要

SD メモリカード (セキュアデジタルメモリカード) は、半導体フラッシュメモリをベースにした新世代の高速ストレージデバイスです。SD メモリカードの技術は MMC カード (マルチメディアカード) フォーマットから発展し、SDIO (SD 入力/出力) カードは互換性のある SD メモリカードに基づいて開発され、この互換性には機械的、電子的、電気的、信号的、およびソフトウェアが含まれます。 SD カードおよび SDIO カードは、一般に SD メモリカードと呼ばれます。
SD カードは、高いメモリ容量、高速なデータ転送速度、優れたモビリティの柔軟性、優れたセキュリティを備えており、デジタルカメラ、タブレット PC、マルチメディアプレーヤーなどのポータブルデバイスで広く使用されています。
SD カードは、SD モードと SPI モードの 2 つのバスモードをサポートします。このうちSDモードは6線式を採用し、CLK、CMD、DAT0～DAT3をデータ通信に使用します。SPI方式は4線式を採用しており、データ通信にはCS、CLK、DataIn、DataOutを使用します。
SD モードのデータ転送速度は SPI モードよりも高速です。STM32F103ZE は独自の SDIO インターフェイスドライバを備えています。最大速度は 4 ビットモードで 24MHZ、8 ビットバスモードで 48MHZ に達します。この章ではその使用方法を紹介しますHAL ライブラリを使用して SD カードのドライブを完成させます。

2. SDIO の概要

SD/SDIO MMC カードホストモジュール (SDIO) は、AHB ペリフェラルバスとマルチメディアカード (MMC)、SD メモリカード、SDIO カード、および CE-ATA 機器間の操作インターフェイスを提供します。
SDIO の主な機能は次のとおりです。

マルチメディアカードシステム仕様バージョン 4.2 と完全に互換性があります。1 ビット (デフォルト)、4 ビット、および 8 ビットの 3 つの異なるデータバスモードがサポートされています。

以前のマルチメディアカードシステム仕様バージョンと完全な互換性 (上位互換性) があります。

以前のマルチメディアカードシステム仕様バージョンと完全な互換性 (上位互換性) があります。

SDメモリーカード仕様バージョン2.0と完全互換。

SD I/O カード仕様バージョン 2.0 と完全な互換性があり、1 ビット (デフォルト) および 4 ビットのさまざまなデータバスモードをサポートします。

CE-ATA 機能を完全サポート (CE-ATA デジタルプロトコルバージョン 1.1 と完全互換)。

8ビットバスモードで最大48MHzのデータ転送速度

2.1 SDIO バストポロジ

バス上の通信はコマンドとデータの転送によって実現されます。
マルチメディアカード/SD/SD I/O バス上の基本的な操作はコマンド/レスポンス構造であり、このようなバス操作はコマンドまたはバスメカニズムの下で情報交換を実現します。さらに、一部の操作にはデータトークンもあります。
SD/SDIO メモリカードで送信されるデータはデータブロックの形式で送信され、MMC で送信されるデータはデータブロックまたはデータストリームの形式で送信され、CE-ATA デバイスで送信されるデータもデータブロックの形式で送信されます。データブロック送信の形式。

SDIO「応答なし」および「データなし」操作
SDIO（複数）データブロック読み取り動作
SDIO（複数）データブロック書き込み動作

注: Busy (ビジー) 信号がある場合、SDIO (SDIO_D0 が Low にプルされる) はデータを送信しません。
SDIO 連続読み取り動作
SDIO連続書き込み動作

2.2 SDIO 機能の説明

SDIO は 2 つの部分で構成されます。

● SDIO アダプタモジュール: クロック生成、コマンド、データ送信など、MMC/SD/SDIO カードのすべての関連機能を実現します。
● AHB バスインターフェイス: SDIO アダプタモジュール内のレジスタを操作し、割り込み信号と DMA 要求信号を生成します。

SDIO ブロック図

がリセットされた後、デフォルトでは SDIO_D0 がデータ送信に使用されます。マスターは初期化後にデータバスの幅を変更できます。
マルチメディアカードがバスに接続されている場合、SDIO_D0、SDIO_D[3:0]、または SDIO_D[7:0] をデータ転送に使用できます。MMC バージョン V3.31 以前のバージョンは 1 ビットのデータラインのみをサポートしているため、SDIO_D0 のみを使用できます。
SD または SDIO カードがバスに接続されている場合、ホストは SDIO_D0 または SDIO_D[3:0] を使用してデータ転送を設定できます。すべてのデータラインはプッシュプルモードで動作します。
SDIO_CMD には 2 つの動作モードがあります。

● 初期化のためのオープン回路モード (MMC バージョン V3.31 以前のみ)。
● コマンド送信用のプッシュプルモード (SD/SD I/O カードおよび MMC V4.2 も初期化中にプッシュプルドライバを使用します)。
SDIO_CK はカードのクロックです。1 ビットのコマンドまたはデータがクロックサイクルごとにコマンドラインとデータライン上で送信されます。マルチメディアカード V3.31 プロトコルの場合、クロック周波数は 0MHz から 20MHz まで変化します。マルチメディアカード V4.0/4.2 プロトコルの場合、クロック周波数は 0MHz から 48MHz まで変化します。SD または SDIO カードの場合、クロック周波数は 0MHz から 48MHz まで変化します。 0MHzから25MHzまで変化します。

SDIO は 2 つのクロック信号を使用します。
● SDIO アダプタクロック (SDIOCLK=HCLK)
● AHB バスクロック (HCLK/2)

ピン	意味	説明する
SDIO_CK	出力	マルチメディアカード/SD/SDIOカードクロック。これはホストからカードへのクロックラインです。
SDIO_CMD	双方向	マルチメディアカード/SD/SDIOカードコマンド。これは双方向のコマンド/レスポンス信号線です。
SDIO_D[0:7]	双方向	マルチメディアカード/SD/SDIOカードデータ。これらは双方向データバスです。

2.3 SDIOアダプター

ここに画像の説明を挿入
SDIO アダプタは、マルチメディア/暗号化デジタルメモリカードバスのマスターデバイス (ホスト) であり、マルチメディアカードまたは暗号化デジタルメモリカードのグループを接続するために使用され、次の 5 つの部分で構成されます: ● アダプタレジスタモジュール ● コントロールユニット ● コマンド
チャネル
●
データ
チャネル
● データ FIFO
注: アダプタレジスタと FIFO は AHB バス側のクロック (HCLK/2) を使用し、コントロールユニット、コマンドチャネル、およびデータチャネルは SDIO アダプタ側のクロック (SDIOCLK) を使用します。
SDIO の詳細については、STM32 中国語マニュアルを参照してください。

3. ハードウェアインターフェース

ここに画像の説明を挿入

ピン	SDIO	SPI
SDIO_D2(PC10)	データライン
SDIO_D3(PC11)	データライン	SPI_CS チップセレクト
SDIO_CMD(PD2)	制御線	SPI_MOSI マスター出力
SDIO_SCK(PC12)	時計	SPI_SCK クロックライン
SDIO_D0(PC8)	データライン	SPI_MISO マスター入力
SDIO_D1(PC9)	データライン

4 ソフトウェアの設定

1. チップの選択
ここに画像の説明を挿入
2. クロック構成

3. SDIO 構成

5 コード生成

1. SD 初期化
関連の設定については、STM32 中国語リファレンスマニュアル_V1.0 セクション 20.9.2 クロック制御レジスタ SDIO_CLKCR を参照してください。
ここに画像の説明を挿入

void MX_SDIO_SD_Init(void)
{
    
    

  /* USER CODE BEGIN SDIO_Init 0 */

  /* USER CODE END SDIO_Init 0 */

  /* USER CODE BEGIN SDIO_Init 1 */

  /* USER CODE END SDIO_Init 1 */
  hsd.Instance = SDIO;
  hsd.Init.ClockEdge = SDIO_CLOCK_EDGE_RISING;//在主时钟SDIOCLK的上升沿产生SDIO_CK
  hsd.Init.ClockBypass = SDIO_CLOCK_BYPASS_DISABLE;//盘路时钟失能
  hsd.Init.ClockPowerSave = SDIO_CLOCK_POWER_SAVE_DISABLE;//始终输出SDIO_CK
  hsd.Init.BusWide = SDIO_BUS_WIDE_1B;//总线宽度
  hsd.Init.HardwareFlowControl = SDIO_HARDWARE_FLOW_CONTROL_DISABLE;//关闭硬件流控制
  //当SD/SDIO卡或多媒体卡在识别模式， SDIO_CK的频率必须低于400kHz。
  hsd.Init.ClockDiv = 6;//时钟分频系数，SDIO_CK=HCLK/(ClockDiv+2)
  if (HAL_SD_Init(&hsd) != HAL_OK)//SD初始化
  {
    
    
    Error_Handler();
  }
  if (HAL_SD_ConfigWideBusOperation(&hsd, SDIO_BUS_WIDE_4B) != HAL_OK)//配置总线宽度
  {
    
    
    Error_Handler();
  }
  /* USER CODE BEGIN SDIO_Init 2 */
  hsd.Init.ClockDiv=0;//重新设置时钟速度
  /* USER CODE END SDIO_Init 2 */

}

2. SD 読み取りおよび書き込みセクター機能
その後の FATFS ファイルシステムの移植を容易にするために、ここでは SD カード書き込みセクターと読み取りセクターの 2 つの機能をカプセル化します。

void SD_WriteDisk(uint8_t *buf,uint32_t sector_add,uint32_t cnt)
{
    
    
	HAL_SD_WriteBlocks(&hsd,buf,sector_add,cnt,5000);//SD卡写块
	while(HAL_SD_GetCardState(&hsd)!=HAL_SD_CARD_TRANSFER);//等待数据传输完成

}
void SD_ReadDisk(uint8_t *buf,uint32_t sector_add,uint32_t cnt)
{
    
    
	HAL_SD_ReadBlocks(&hsd,buf,sector_add,cnt,5000);//SD卡读块
	while(HAL_SD_GetCardState(&hsd)!=HAL_SD_CARD_TRANSFER);//等待数据传输完成
}

3. メイン関数は
、HAL ライブラリ、GPIO ポート、LCD 画面 (FSMC ドライバー)、SD カードの初期化を初期化し、カードのタイプとカード容量を取得し、最後に SD カードの読み取りおよび書き込みセクター関数を呼び出してデータの読み取りおよび書き込みを実現します。テスト。

uint8_t buf_tx[4096]="SD卡SDIO驱动HAL库配置测试数据STM32F103ZET6  -- Ver1.0";
uint8_t buf_rx[4096];  
MX_GPIO_Init();
  MX_FSMC_Init();
  MX_SDIO_SD_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_SPI2_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
	char buff[200];
	NT35310_Init();//LCD初始化
	LCD_Display_Str(LCD_WIDTH/2-strlen("SD卡初始化")/2*8,20,16,(u8 *)"SD卡初始化",BLACK);
	if(hsd.State!=HAL_SD_STATE_READY)
	{
    
    
		LCD_Display_Str(20,40,16,(u8 *)"SD Init  ERR",RED);
	}
	else
	{
    
    
		LCD_Display_Str(20,40,16,(u8 *)"SD Init  OK",RED);
		LCD_Display_Str(20,60,16,(u8 *)"卡类型:",RED);
		if(hsd.SdCard.CardType==CARD_SDHC_SDXC)//2.0告诉卡
		{
    
    
			LCD_Display_Str(20+8+strlen("卡类型:")*8,60,16,(u8 *)"SDHC",RED);
		}
		else if(hsd.SdCard.CardType==CARD_SDSC)//2.0普通卡
		{
    
    
			LCD_Display_Str(20+8+strlen("卡类型:")*8,60,16,(u8 *)"SDSC",RED);
		}
		snprintf(buff,sizeof(buff),"块大小: %d byte\n",hsd.SdCard.BlockSize);
		LCD_Display_Str(20,80,16,(u8 *)buff,RED);
		snprintf(buff,sizeof(buff),"卡容量大小: %.2f GB\n",(hsd.SdCard.BlockNbr>>11)/1024.0);
		LCD_Display_Str(20,100,16,(u8 *)buff,RED);
	}
	LCD_Display_Str(LCD_WIDTH/2-strlen("SD数据读写测试")/2*8,130,16,(u8 *)"SD数据读写测试",BLACK);
	SD_WriteDisk(buf_tx,100,2);
	LCD_Display_Str(20,150,16,(u8 *)"SD写数据: OK",RED);
	SD_ReadDisk(buf_rx,100,3);
	LCD_Display_Str(20,170,16,(u8 *)"SD读数据: OK",RED);
	LCD_Display_Str(20,190,16,(u8 *)"数据内容:",RED);
	LCD_Display_Str(20,210,16,(u8 *)buf_rx,BLUE);

4.ランニング効果
ここに画像の説明を挿入

6. 参考例

HAL ライブラリドライバー SD カードの例: https://download.csdn.net/download/weixin_44453694/85022733
FATFS ファイルシステムの移植: https://blog.csdn.net/weixin_44453694/article/details/118116943