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目录
一、前言二、题目要求三、SD卡协议了解1、SDIO协议简介2、SD卡物理结构3、SD卡寄存器列表4、SD卡初始化（SPI模式）5、SD卡读写（SPI模式）
四、使用CubeMX创建工程五、程序的编写六、硬件准备七、结果展示八、总结参考资料
一、前言
由于咱们使用的是STM32F103C8T6的最小系统并没有SDIO口，所以想要外接存储设备对数据进行存储必须使用SPI对我们SD卡中的数据进行读写。
二、题目要求
掌握SD卡协议原理，用STM32F103完成对SD卡的数据读取（fat文件模式）。
三、SD卡协议了解
1、SDIO协议简介
SD卡（Secure Digital Memory Card）在我们的生活中已经非常普遍了，控制器对SD卡进行读写通信操作一般有两种通信接口可选，一种是 SPI接口，另外一种就是 SDIO接口。SDIO 全称是 安全数字输入/输出接口，多媒体卡(MMC)、SD卡、SD I/O卡 都有 SDIO接口。STM32F103系列控制器有一个 SDIO主机接口，它可以与 MMC卡、SD卡、SD I/O卡 以及 CE-ATA 设备进行数据传输。
2、SD卡物理结构
一般SD卡包括有存储单元、存储单元接口、电源检测、卡及接口控制器和接口驱动器 5个部分。  存储单元是存储数据部件，存储单元通过存储单元接口与卡控制单元进行数据传输； 电源检测单元保证SD卡工作在合适的电压下，如出现掉电或上状态时，它会使控制单元和存储单元接口复位； 卡及接口控制单元控制SD卡的运行状态，它包括有8个寄存器； 接口驱动器控制SD卡引脚的输入输出。 SD卡总共有8个寄存器，用于设定或表示SD卡信息。
这些寄存器只能通过对应的命令访问，SDIO定义64个命令，每个命令都有特殊意义，可以实现某一特定功能，SD卡接收到命令后，根据命令要求对SD卡内部寄存器进行修改，程序控制中只需要发送组合命令就可以实现SD卡的控制以及读写操作。
3、SD卡寄存器列表
名称bit宽度描述CID128卡识别号(Card identification number)：用来识别的卡的个体号码（唯一的RCA16相对地址(Relative card address)：卡的本地系统地址，初始化时，动态地由卡建议，主机核准。DSR16驱动级寄存器(Driver Stage Register)：配置卡的输出驱动CSD128卡的特定数据(Card Specific Data)：卡的操作条件信息SCR64SD配置寄存器(CD Configuration Register)：SD卡特殊特性信息OCR32操作条件寄存器(Operation conditiongs register)SSR512SD状态(SD Status)：SD卡专有特征的信息CSR32卡状态(Card Status)：卡状态信息
详情请参考：SD卡协议简介
4、SD卡初始化（SPI模式）
SPI操作模式下：在SD卡收到复位命令时，CS为有效电平（低电平），则SPI模式被启用，在发送CMD之前要先发送74个时钟，64个为内部供电上升时间，10个用于SD卡同步；之后才能开始CMD操作，在初始化时CLK时钟不能超过400KHz。
1、初始化与SD卡连接的硬件条件（MCU的SPI配置，IO口配置）； 2、上电延时（>74个CLK）； 3、复位卡（CMD0），进入IDLE状态； 4、发送CMD8，检查是否支持2.0协议； 5、根据不同协议检查SD卡（命令包括：CMD55、CMD41、CMD58和CMD1等）； 6、取消片选，发多8个CLK，结束初始化 这样我们就完成了对SD卡的初始化，注意末尾发送的8个CLK是提供SD卡额外的时钟，完成某些操作。通过SD卡初始化，我们可以知道SD卡的类型（V1、V2、V2HC或者MMC），在完成了初始化之后，就可以开始读写数据了。
5、SD卡读写（SPI模式）
1、发送CMD17； 2、接收卡响应R1； 3、接收数据起始令牌0XFE； 4、接收数据； 5、接收2个字节的CRC，如果不使用CRC，这两个字节在读取后可以丢掉。 6、禁止片选之后，发多8个CLK； 以上就是一个典型的读取SD卡数据过程，SD卡的写于读数据差不多，写数据通过CMD24来实现，具体过程如下： 1、发送CMD24; 2、接收卡响应R1； 3、发送写数据起始令牌0XFE； 4、发送数据； 5、发送2字节的伪CRC； 6、禁止片选之后，发多8个CLK； 以上就是一个典型的写SD卡过程。
四、使用CubeMX创建工程
整体管脚配置预览  先配置SYS  配置PA4如图所示 
这里不改名也可以，改名只是为了方便我们记忆它
配置USART1  配置SPI1为全双工主模式  配置FATFS  配置时钟树  工程配置 
注：这里一定要修改堆栈的大小，太小了会使我们无法读取SD卡的数据，直接导致我们的程序跑飞
现在生成代码即可。
五、程序的编写
首先点击下载我们需要的代码 提取码：1111 下载完以后需要将这两个.C和.H文件复制到自己的工程目录下  紧接着咱们打开自己的MDK在其中添加刚刚复制过来的两个文件  添加文件并修改接口里面的内容映射到SPI上，可以直接将以下代码复制粘贴过去
uint8_t res;
res = SD_init();//SD_Initialize()
if(res)//STM32 SPI的bug,在sd卡操作失败的时候如果不执行下面的语句,可能导致SPI读写异常
{
SPI_setspeed(SPI_BAUDRATEPRESCALER_256);
spi_readwrite(0xff);//提供额外的8个时钟
SPI_setspeed(SPI_BAUDRATEPRESCALER_2);
}
if(res)return STA_NOINIT;
else return RES_OK; //初始化成功
 main.c：
/* USER CODE BEGIN Header */
/**
******************************************************************************
* @file : main.c
* @brief : Main program body
******************************************************************************
* @attention
*
* © Copyright (c) 2019 STMicroelectronics.
* All rights reserved.
*
* This software component is licensed by ST under Ultimate Liberty license
* SLA0044, the "License"; You may not use this file except in compliance with
* the License. You may obtain a copy of the License at:
* www.st.com/SLA0044
*
******************************************************************************
*/
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "fatfs.h"
/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "SDdriver.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 ---------------------------------------------------------*/
SPI_HandleTypeDef hspi1;
UART_HandleTypeDef huart1;
/* USER CODE BEGIN PV */
/* USER CODE END PV */
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_SPI1_Init(void);
static void MX_USART1_UART_Init(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */
/* USER CODE END PFP */
/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
int fputc(int ch, FILE *f)
{
HAL_UART_Transmit(&huart1, (unsigned char *)&ch, 1, 0xFFFF);
return ch;
}
uint16_t uart_value[3];
uint8_t aRxBuffer1; //uart rx buff
void WritetoSD(BYTE write_buff[],uint8_t bufSize);
char SD_FileName[] = "hello.txt";
uint8_t WriteBuffer[] = "01 窝室嫩叠\r\n";
//uint8_t test_sd =0; //用于测试格式化
uint8_t write_cnt =0; //写SD卡次数
void WritetoSD(BYTE write_buff[],uint8_t bufSize)
{
FATFS fs;
FIL file;
uint8_t res=0;
UINT Bw;
res = SD_init(); //SD卡初始化
if(res == 1)
{
printf("SD卡初始化失败! \r\n");
}
else
{
printf("SD卡初始化成功！ \r\n");
}
res=f_mount(&fs,"0:",1); //挂载
// if(test_sd == 0) //用于测试格式化
if(res == FR_NO_FILESYSTEM) //没有文件系统，格式化
{
// test_sd =1; //用于测试格式化
printf("没有文件系统! \r\n");
res = f_mkfs("", 0, 0); //格式化sd卡
if(res == FR_OK)
{
printf("格式化成功! \r\n");
res = f_mount(NULL,"0:",1); //格式化后先取消挂载
res = f_mount(&fs,"0:",1); //重新挂载
if(res == FR_OK)
{
printf("SD卡已经成功挂载，可以进进行文件写入测试!\r\n");
}
}
else
{
printf("格式化失败! \r\n");
}
}
else if(res == FR_OK)
{
printf("挂载成功! \r\n");
}
else
{
printf("挂载失败! \r\n");
}
res = f_open(&file,SD_FileName,FA_OPEN_ALWAYS |FA_WRITE);
if((res & FR_DENIED) == FR_DENIED)
{
printf("卡存储已满，写入失败!\r\n");
}
f_lseek(&file, f_size(&file));//确保写词写入不会覆盖之前的数据
if(res == FR_OK)
{
printf("打开成功/创建文件成功！ \r\n");
res = f_write(&file,write_buff,bufSize,&Bw); //写数据到SD卡
if(res == FR_OK)
{
printf("文件写入成功！ \r\n");
}
else
{
printf("文件写入失败！ \r\n");
}
}
else
{
printf("打开文件失败!\r\n");
}
f_close(&file); //关闭文件
f_mount(NULL,"0:",1); //取消挂载
}
void Get_SDCard_Capacity(void)
{
FRESULT result;
FATFS FS;
FATFS *fs;
DWORD fre_clust,AvailableSize,UsedSize;
uint16_t TotalSpace;
uint8_t res;
res = SD_init(); //SD卡初始化
if(res == 1)
{
printf("SD卡初始化失败! \r\n");
}
else
{
printf("SD卡初始化成功！ \r\n");
}
/* 挂载 */
res=f_mount(&FS,"0:",1); //挂载
if (res != FR_OK)
{
printf("FileSystem Mounted Failed (%d)\r\n", result);
}
res = f_getfree("0:", &fre_clust, &fs); /* 根目录 */
if ( res == FR_OK )
{
TotalSpace=(uint16_t)(((fs->n_fatent - 2) * fs->csize ) / 2 /1024);
AvailableSize=(uint16_t)((fre_clust * fs->csize) / 2 /1024);
UsedSize=TotalSpace-AvailableSize;
/* Print free space in unit of MB (assuming 512 bytes/sector) */
printf("\r\n%d MB total drive space.\r\n""%d MB available.\r\n""%d MB used.\r\n",TotalSpace, AvailableSize,UsedSize);
}
else
{
printf("Get SDCard Capacity Failed (%d)\r\n", result);
}
}
/* 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_SPI1_Init();
MX_FATFS_Init();
MX_USART1_UART_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_UART_Receive_IT(&huart1,&aRxBuffer1,1); //enable uart
printf(" main \r\n");
Get_SDCard_Capacity(); //得到使用内存并选择格式化
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
WritetoSD(WriteBuffer,sizeof(WriteBuffer));
// HAL_Delay(500);
WriteBuffer[0] = WriteBuffer[0] +0;
WriteBuffer[1] = WriteBuffer[1] +1;
write_cnt ++;
while(write_cnt > 5)
{
printf(" while \r\n");
HAL_Delay(500);
}
/* 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 CPU, AHB and APB busses clocks
*/
RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSI_DIV2;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL16;
if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/** Initializes the CPU, AHB and APB busses 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_DIV2;
RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
}
/**
* @brief SPI1 Initialization Function
* @param None
* @retval None
*/
static void MX_SPI1_Init(void)
{
/* USER CODE BEGIN SPI1_Init 0 */
/* USER CODE END SPI1_Init 0 */
/* USER CODE BEGIN SPI1_Init 1 */
/* USER CODE END SPI1_Init 1 */
/* SPI1 parameter configuration*/
hspi1.Instance = SPI1;
hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;
hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;
hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;
hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_2;
hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;
hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
hspi1.Init.CRCPolynomial = 10;
if (HAL_SPI_Init(&hspi1) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/* USER CODE BEGIN SPI1_Init 2 */
/* USER CODE END SPI1_Init 2 */
}
/**
* @brief USART1 Initialization Function
* @param None
* @retval None
*/
static void MX_USART1_UART_Init(void)
{
/* USER CODE BEGIN USART1_Init 0 */
/* USER CODE END USART1_Init 0 */
/* USER CODE BEGIN USART1_Init 1 */
/* USER CODE END USART1_Init 1 */
huart1.Instance = USART1;
huart1.Init.BaudRate = 115200;
huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/* USER CODE BEGIN USART1_Init 2 */
/* USER CODE END USART1_Init 2 */
}
/**
* @brief GPIO Initialization Function
* @param None
* @retval None
*/
static void MX_GPIO_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
/* GPIO Ports Clock Enable */
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
/*Configure GPIO pin Output Level */
HAL_GPIO_WritePin(SD_CS_GPIO_Port, SD_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);
/*Configure GPIO pin : SD_CS_Pin */
GPIO_InitStruct.Pin = SD_CS_Pin;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(SD_CS_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
}
/* 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 */
/* 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,
tex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
/* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */
/************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/
六、硬件准备
咱们用于读取SD卡的模块为  咱们可以去其店铺下载对应资料 由于采用SPI方式，所以我们的连线方式为
SD卡模块STM32CSPA4SCKPA5MOSIPA6MISOPA7VCC5VGNDGND
注：这里特别说明一下！！！大家一定要注意，我们在用USB转TTL为STM32供电的时候一定需要接到5V上面去，并且在用32给SD卡模块供电的时候一定一定要接到5V电源上，否则我们无法驱动该SD模块
在我第一次做这个实验的时候，我就将供电接的3V，发现除了能按一下复位键发送一个“main”以外并没有什么其他作用了，更别说对于SD卡的读取了。 经过长时间的探索后面才发现原来是3.3V的电压无法驱动我们的SD卡模块，也就无法进入到我们的SD卡初始化步骤了，咱们只需要将供电改成5V就可以得到正确结果了！ 正确接线方式： STM32上的5V引脚为SD卡模块供电  USB转TTL为整个系统提供5V电压 
七、结果展示
 可以看到咱们的程序一共写入了六次文件，写入完成之后将进入while循环一直循环输出while。 我们可以根据这段代码来分析一下：  可以看出当我们的数据写入6次之后：write_cnt > 5就会进入一个死循环，每过0.5秒输出一个while。 接下来咱们再来验证一下，将SD卡拔出用读卡器插到我们的PC上看我们写入的文件  可以看到我们写入的文件为6行“01 write buff to sd”，这与我们的代码对应  但是大家可以看到我们打开的文件显示出来的结果是乱码的，我们要得到正确的结果就必须在main.c文件中修改一下我们写入数据的数组 
这里建议循环次数小于10次，因为要想改变我们序号的十位就必须加一个计数十次的标志位，多此一举
修改写入文件的数据  再次实验  得到正确结果  实验完毕！
八、总结
在实验的过程中我遇到了不少难题，比如一开始的供电不足导致无法驱动SD卡模块，但是在大家的帮助下我终于还是解决了这个问题，另外就是咱们在移植代码的时候一定要仔细，稍微错一点可能就很麻烦会报很多错。最后，这篇博客是基于16G内存的SD卡的，小于16G内存的SD卡都可以用该工程来读取，大一些的SD卡就不得而知了，欢迎大家与我交流。
参考资料
SD卡协议简介 STM32用cube配置FATFS模式下SPI读写SD卡 完整工程下载 头文件下载 提取码：1111 对应店铺
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