STM32F1与STM32CubeIDE快速入门-SD卡驱动-SDIO+FatFs

SD卡驱动-SDIO+FatFs

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SD卡驱动-SDIO+FatFs
- 1、SDIO与FatFs简单介绍

1、SDIO与FatFs简单介绍

安全数字输入/输出 (Secure Digital Input/Output,SDIO) 是可互换存储器的标准设备。使用 SDIO 卡，用户可以选择在便携式或非便携式存储器之间交换数据。通常，SDIO 卡就像小型计算机或功能强大的软件应用程序，主要用于智能手机、蓝牙适配器、全球定位系统 (GPS) 接收器、电视调谐器、相机、扫描仪、录音机，甚至指纹读取器。 SDIO是SD卡的高级设备。可以说SDIO是SD卡和I/O输出设备的混合体。

内存可以存储在各种设备上，如便携式和非便携式、外部和内部等。SDIO 是其中一种形式。它是一种较小的安全数字设备，可插入智能手机、笔记本电脑、移动电话等电子便携设备的“插槽”中。 SDIO 卡具有广泛的存储容量，并具有双向传输数据的能力。每张 SDIO 卡都为完美的功能而设计。

FatFs 是用于小型嵌入式系统的通用 FAT/exFAT 文件系统模块。 FatFs 模块是按照 ANSI C (C89) 编写的，与磁盘 I/O 层完全分离。因此，它独立于平台。它可以集成到资源有限的小型微控制器中，例如8051、PIC、AVR、ARM、Z80、RX等。

2、SDIO与FatFs配置

STM32CubeIDE创建工程、系统配置、调试配置，在这里不再做介绍，请参考：

1）SDIO配置

SDIO工作模式：

SD 1 bit
SD 4 bits Wide bus
MMC 1 bit
MMC 4 bits Wide bus
MMC 8 bits Wide bus

不同版本MultiMediaCard协议，SDIO的时钟频率不同：

MultiMediaCard v3.31：0 到 20 MHz 之间
MultiMediaCard v4.0/4.2：0 到 48 MHz 之间
对于SD/SD I/O 卡：0 到 25 MHz 之间

SDIO 使用两个时钟信号：

SDIO 适配器时钟（SDIOCLK = 48MHz 来自 PLL (PLL48CLK) 的特定输出）
APB2 总线时钟（PCLK2）

PCLK2 与 SDIO_CLK 之 clock 频率必须遵循此条件：Frequency PCLK2 ≥ (3/8) * Frequency SDIO_CK

在上面的配置中，SDIOCLK clock divide factor的值不同的SDK卡可能不同，需要尝试。

注意：如果在SD挂载成功后，文件读写不成功，可能需要将 SDIO hardware flow control配置项开启。本次使用的SD卡就遇到此情况。

2）SDIO开启中断与DMA功能配置

注意，SDIO的中断优先级必须比DMA的中断优先级高。

3）FatFs配置

检测引脚配置

如果硬件配置了SDIO检测引脚，需要指定并配置为上拉模式；如果没有，则不需要配置。本次实例使用的开板没有配置SDIO检测引脚。

4）配置堆栈

如果系统堆栈配置过小，会导致FatFs初始化不成功，因此需要更改堆栈大小。配置如下：

最后，保存配置并生成代码。

3、SDIO与FatFs功能测试

在main.c文件中实现SDIO与FatFs功能测试，添加代码如下：

/\* USER CODE BEGIN Header \*/
/\*\*
 \*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*
 \* @file : main.c
 \* @brief : Main program body
 \*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*
 \* @attention
 \*
 \* Copyright (c) 2022 STMicroelectronics.
 \* All rights reserved.
 \*
 \* This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
 \* in the root directory of this software component.
 \* If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
 \*
 \*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*
 \*/
/\* USER CODE END Header \*/
/\* Includes ------------------------------------------------------------------\*/
#include "main.h"
#include "dma.h"
#include "fatfs.h"
#include "sdio.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

/\* Private includes ----------------------------------------------------------\*/
/\* USER CODE BEGIN Includes \*/
#include <stdio.h>
/\* USER CODE END Includes \*/

/\* Private typedef -----------------------------------------------------------\*/
/\* USER CODE BEGIN PTD \*/

/\* USER CODE END PTD \*/

/\* Private define ------------------------------------------------------------\*/
/\* USER CODE BEGIN PD \*/
/\* USER CODE END PD \*/

/\* Private macro -------------------------------------------------------------\*/
/\* USER CODE BEGIN PM \*/

/\* USER CODE END PM \*/

/\* Private variables ---------------------------------------------------------\*/

/\* USER CODE BEGIN PV \*/
FATFS fs; /\* FatFs 文件系统对象 \*/
FIL file; /\* 文件对象 \*/
FRESULT f_res; /\* 文件操作结果 \*/
UINT fnum; /\* 文件成功读写数量 \*/
BYTE ReadBuffer[1024] = { 0 }; /\* 读缓冲区 \*/
BYTE WriteBuffer[] = /\* 写缓冲区 \*/
"STM32F103 & STM32CubeIDE SDIO Demo!\r\n";

/\* USER CODE END PV \*/

/\* Private function prototypes -----------------------------------------------\*/
void SystemClock\_Config(void);
/\* USER CODE BEGIN PFP \*/

/\* USER CODE END PFP \*/

/\* Private user code ---------------------------------------------------------\*/
/\* USER CODE BEGIN 0 \*/

/\* USER CODE END 0 \*/

/\*\*
 \* @brief The application entry point.
 \* @retval int
 \*/
int main(void) {
	/\* USER CODE BEGIN 1 \*/

	/\* USER CODE END 1 \*/

	/\* MCU Configuration--------------------------------------------------------\*/

	/\* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. \*/
	HAL\_Init();

	/\* USER CODE BEGIN Init \*/

	/\* USER CODE END Init \*/

	/\* Configure the system clock \*/
	SystemClock\_Config();

	/\* USER CODE BEGIN SysInit \*/

	/\* USER CODE END SysInit \*/

	/\* Initialize all configured peripherals \*/
	MX\_GPIO\_Init();
	MX\_SDIO\_SD\_Init();
	MX\_DMA\_Init();
	MX\_USART1\_UART\_Init();
	MX\_FATFS\_Init();
	/\* USER CODE BEGIN 2 \*/
	printf("\r\n\*\*\*\*\*\* FatFs Example \*\*\*\*\*\*\r\n\r\n");

	//挂载文件系统
	f_res = f\_mount(&fs, "/", 1);

	printf("\r\n\*\*\*\*\*\* Mount FatFs File System \*\*\*\*\*\*\r\n");
	// 检查是否SD卡是否已经格式化
	if (f_res == FR_NO_FILESYSTEM) {
		printf(
				"The SD card does not yet have a file system and is about to be formatted...\r\n");
		/\* 格式化SD卡 \*/
		f_res = f\_mkfs("/", 0, 0);
		if (f_res == FR_OK) {
			printf("The SD card successfully formatted the file system\r\n");
			/\* 格式化后，先取消挂载 \*/
			f_res = f\_mount(NULL, "/", 1);
			/\* 重新挂载 \*/
			f_res = f\_mount(&fs, "/", 1);
		} else {
			printf("The format failed\r\n");
			while (1)
				;
		}
	} else if (f_res != FR_OK) {
		printf(" mount error : %d \r\n", f_res);
		while (1)
			;
	} else {
		printf(" mount sucess!!! \r\n");
	}

	printf("\r\n\*\*\*\*\*\* FatFs File Operation \*\*\*\*\*\*\r\n");
	//打开并创建文件（不存在时）
	f_res = f\_open(&file, "/test.txt", FA_CREATE_ALWAYS | FA_WRITE);
	if (f_res == FR_OK) {
		printf(" open file sucess!!! \r\n");
		// 将数据写入文件
		printf("\r\n\*\*\*\*\*\* Write data to the text files \*\*\*\*\*\*\r\n");
		f_res = f\_write(&file, WriteBuffer, sizeof(WriteBuffer), &fnum);
		if (f_res == FR_OK) {
			printf(" write file sucess!!! (%d)\n", fnum);
			printf(" write Data : %s\r\n", WriteBuffer);
		} else {
			printf(" write file error : %d\r\n", f_res);
		}
		/\*关闭文件\*/
		f\_close(&file);
	} else {
		printf(" open file error : %d\r\n", f_res);
	}

	printf("\r\n\*\*\*\*\*\* Read data from the text files \*\*\*\*\*\*\r\n");
	// 打开文件
	f_res = f\_open(&file, "/test.txt", FA_OPEN_EXISTING | FA_READ);
	if (f_res == FR_OK) {
		printf(" open file sucess!!! \r\n");
		f_res = f\_read(&file, ReadBuffer, sizeof(ReadBuffer), &fnum);
		if (f_res == FR_OK) {
			printf("read sucess!!! (%d)\n", fnum);
			printf("read Data : %s\r\n", ReadBuffer);
		} else {
			printf(" read error!!! %d\r\n", f_res);
		}
	} else {
		printf(" open file error : %d\r\n", f_res);
	}
	/\* 关闭文件 \*/
	f\_close(&file);
	/\*卸载文件系统 \*/
	f\_mount(NULL, "/", 1);

	/\* USER CODE END 2 \*/

	/\* Infinite loop \*/
	/\* USER CODE BEGIN WHILE \*/
	while (1) {
		/\* USER CODE END WHILE \*/

		/\* USER CODE BEGIN 3 \*/
	}
	/\* USER CODE END 3 \*/
}

/\*\*
 \* @brief System Clock Configuration
 \* @retval None
 \*/
void SystemClock\_Config(void) {
	RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = { 0 };
	RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = { 0 };

	/\*\* Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
 \* in the RCC\_OscInitTypeDef structure.
 \*/
	RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
	RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
	RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
	RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
	RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
	RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
	RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
	if (HAL\_RCC\_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK) {
		Error\_Handler();
	}

	/\*\* Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
 \*/
	RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
			| RCC_CLOCKTYPE_PCLK1 | RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
	RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
	RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
	RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
	RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

	if (HAL\_RCC\_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK) {
		Error\_Handler();
	}
}

/\* USER CODE BEGIN 4 \*/

/\* USER CODE END 4 \*/

/\*\*
 \* @brief This function is executed in case of error occurrence.
 \* @retval None
 \*/
void Error\_Handler(void) {
	/\* USER CODE BEGIN Error\_Handler\_Debug \*/
	/\* User can add his own implementation to report the HAL error return state \*/
	\_\_disable\_irq();
	while (1) {
	}
	/\* USER CODE END Error\_Handler\_Debug \*/
}

#ifdef USE\_FULL\_ASSERT
/\*\*
 \* @brief Reports the name of the source file and the source line number
 \* where the assert\_param error has occurred.
 \* @param file: pointer to the source file name
 \* @param line: assert\_param error line source number
 \* @retval None
 \*/
void assert\_failed(uint8\_t \*file, uint32\_t line)
{
  /\* USER CODE BEGIN 6 \*/
  /\* User can add his own implementation to report the file name and line number,
 ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) \*/
  /\* USER CODE END 6 \*/
}
#endif /\* USE\_FULL\_ASSERT \*/

4、代码解析

首先，定义变量：

FATFS fs;                       /\* FatFs 文件系统对象 \*/
FIL file;                       /\* 文件对象 \*/
FRESULT f_res;                  /\* 文件操作结果 \*/
UINT fnum;                      /\* 文件成功读写数量 \*/
BYTE ReadBuffer[1024] = {0};    /\* 读缓冲区 \*/
BYTE WriteBuffer[] =            /\* 写缓冲区 \*/
    "STM32F103 & STM32CubeIDE SDIO Demo!\r\n";

在各硬件系统初始化完成后，挂载文件系统：

1
2
3

//挂载文件系统
f_res = f\_mount(&fs, "/", 1);

如果SD卡没有格式化，则需要格式化为FatFs文件系统

if (f_res == FR_NO_FILESYSTEM) {
		printf(
				"The SD card does not yet have a file system and is about to be formatted...\r\n");
		/\* 格式化SD卡 \*/
		f_res = f\_mkfs("/", 0, 0);
		if (f_res == FR_OK) {
			printf("The SD card successfully formatted the file system\r\n");
			/\* 格式化后，先取消挂载 \*/
			f_res = f\_mount(NULL, "/", 1);
			/\* 重新挂载 \*/
			f_res = f\_mount(&fs, "/", 1);
		} else {
			printf("The format failed\r\n");
			while (1)
				;
		}
	}

如果挂载文件系统失败，则停止所有操作

else if (f_res != FR_OK) {
	printf(" mount error : %d \r\n", f_res);
	while (1)
		;
}

文件系统挂载成功后，就可以对文件进行读写操作了。打开文件，并写入操作：

f_res = f\_open(&file, "/test.txt", FA_CREATE_ALWAYS | FA_WRITE);
	if (f_res == FR_OK) {
		printf(" open file sucess!!! \r\n");
		// 将数据写入文件
		printf("\r\n\*\*\*\*\*\* Write data to the text files \*\*\*\*\*\*\r\n");
		f_res = f\_write(&file, WriteBuffer, sizeof(WriteBuffer), &fnum);
		if (f_res == FR_OK) {
			printf(" write file sucess!!! (%d)\n", fnum);
			printf(" write Data : %s\r\n", WriteBuffer);
		} else {
			printf(" write file error : %d\r\n", f_res);
		}
		/\*关闭文件\*/
		f\_close(&file);
	} else {
		printf(" open file error : %d\r\n", f_res);
	}

函数f_open用于打开文件，如果打开成功，则返回FR_OK，否则，返回错误代码。

函数f_write用于向文件写数据。如果写文件成功，则返回FR_OK，否则，返回错误代码。

当文件写数据完成后，需要通过调用f_close函数，对文件进行操作。如果打开文件过多，会导致后期文件读写失败。支持打开最多文件数量，在FatFs配置中的FS_LOCK(Numbers of files openned simultaneously)中设置，默认值为2。

文件内容读取：

f_res = f\_open(&file, "/test.txt", FA_OPEN_EXISTING | FA_READ);
	if (f_res == FR_OK) {
		printf(" open file sucess!!! \r\n");
		f_res = f\_read(&file, ReadBuffer, sizeof(ReadBuffer), &fnum);
		if (f_res == FR_OK) {
			printf("read sucess!!! (%d)\n", fnum);
			printf("read Data : %s\r\n", ReadBuffer);
		} else {
			printf(" read error!!! %d\r\n", f_res);
		}
	} else {
		printf(" open file error : %d\r\n", f_res);
	}
	/\* 关闭文件 \*/
	f\_close(&file);

函数f_read用于读取文件内容，将读取的数据储存到缓存中。

最后，卸载文件系统：

1 2	f\_mount(NULL, "/", 1);

运行结果如下：

5、STM32F1与STM32CubeIDE系列文章

5.1 STM32F1与STM32CubeIDE快速入门

5.2 STM32F1与STM32CubeIDE编程实例

文章来源: https://iotsmart.blog.csdn.net/article/details/124745643