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11. SDIO-TF CARD¶
够用的硬件 能用的代码 实用的教程 屋脊雀工作室编撰 -20190101 愿景：做一套能用的开源嵌入式驱动（非LINUX） 官网：www.wujique.com github: https://github.com/wujique/stm32f407 淘宝：https://shop316863092.taobao.com/?spm=2013.1.1000126.2.3a8f4e6eb3rBdf 技术支持邮箱：[email protected]、[email protected] 资料下载：https://pan.baidu.com/s/12o0Vh4Tv4z_O8qh49JwLjg QQ群：767214262 本SDIO例程，测试过程中会将SD卡的数据直接删除，相当于将SD卡格式化，请使用一张没有数据的SD卡进行测试。 数据丢失后果自负。SD卡是我们日常使用的电子设备，例如用在相机、个人数据存储。部分手机也会使用TF卡作扩展存储使用。 SD存储卡是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，由于它体积小、数据传输速度快、可热插拔等优良的特性，被广泛地于便携式装置上使用，例如数码相机、个人数码助理（外语缩写PDA）和多媒体播放器等。SD卡标准使用SDIO接口通信，也支持SPI接口。在日常使用情景，例如相机、读卡器等，都是使用SDIO通信，SDIO使用4个数据线，速度比SPI要快。 SD卡使用SDIO口通信过程遵循SD卡规范，这个规范不简单，涉及到较多的命令交互和状态转换。通常芯片厂家都会提供相关例程，用户不需要重新开发SDIO通信程序。本例程通过移植ST官方的例程实现与SD卡通信。 关于SD卡协议细节，请自行学习研究。 11.1. SDIO接口¶SDIO：安全数字输入输出接口。 STM32F407，原生支持。 关于SDIO接口，在《STM32F4xx中文参考手册.pdf》文档有说明。 特性 下图是SDIO框图， 框图 这是一个总框图，主要说明外部连接。 对于SDIO适配器，并没有详细说明。我猜测原因是，其实SDIO是一个比较复杂的设备，类似USB。 通常这种复杂外设，我们都不会自己开发驱动，都是用官方提供的例程。 总线的通信基于命令和数据传输。其实这是大部分外设的相同之处。 SDIO接口总共有6根线（4位位宽）,其中命令只通过CMD线传输。因此在调试的时候如果命令正常，读写数据不正常，说明仅仅是数据线问题。SDID接口除了用于控制SD卡等卡之外，也可以控制SDIO接口的其他模块，例如SDIO接口的WIFI模块 11.2. SDIO接口存储卡¶常见的卡有下面两种 SD 卡，俗称大卡。 SD卡是由松下电器、东芝和SanDisk联合推出，1999年8月发布。SD卡 TF卡，俗称小卡，2004年标准协会更名为micro SD卡。 TF卡 其实在SD卡之前，最先出现的是MMC卡。 下图这种就是MMC卡，只有SD卡一半大小，通常我们都用一个卡尾拼成SD卡用。 MMC(Multi-Media Card，多媒体卡)由西门子公司Siemens和SanDisk于1997年推出。MMC卡 这些卡的协议基本都是兼容的。具体可以看我们资料包中提供的文档。 大部分文档是sandisk和SD卡协会编写的。 协议资料 话说这些资料全英文，一时半会儿看不懂。 11.3. 原理图¶屋脊雀4074开发板选用TF卡座，减少体积，这也是当前电子产品的趋势。 原理图 SDIO接口使用6根管脚。 CLK是通信时钟 CMD是命令串行通信线。 DATA数据线有四根。 右边的SD_CARD_DET_N是卡插入检测 SDIO接口，CLK不需要上拉电阻，其他5根IO需要加上拉电阻。 11.4. 驱动设计¶前面说到，SDIO是一个复杂的协议，SD卡、TF卡是一个较复杂设备。要完全弄清楚，非常不容易，更加不要说自己写一套了。 通常，这种复杂的协议，我们不自己开发，都是芯片厂提供驱动代码。 前面几个章节的调试，我们直接参考标准库接口，再根据参考手册，就可以进行编码了。 但是类似USB，SD卡，网络等较复杂的设备，通常做法是从官方提供的库入手。 特别是USB通信，个人基本不可能写一套库出来，也没这个必要。 11.5. 移植调试¶在移植之前，先对官方例程进行分析学习。 11.5.1. 例程分析¶在标准库下面有SD卡例程，路径如下 STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.8.0\Project\STM32F4xx_StdPeriph_Examples\SDIO\SDIO_uSDCard在目录下有一个readme.txt文件。看东西，先从readme入手。 从readme中可以看出，STM32F407芯片的SDIO的驱动在 STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.8.0\Utilities\STM32_EVAL\STM3240_41_G_EVAL目录下， 名字叫stm324xg_eval_sdio_sd.c和stm324xg_eval.c。 其中stm324xg_eval.c仅仅提供了较底层的初始化。 看来主要代码都在stm324xg_eval_sdio_sd.c里面。 stm324xg_eval_sdio_sd.c 例程还包括以下文件 路径：STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.8.0\Project\STM32F4xx_StdPeriph_Examples\SDIO\SDIO_uSDCard SDIO/SDIO_uSDCard/system_stm32f4xx.c STM32F4xx system clock configuration file SDIO/SDIO_uSDCard/stm32f4xx_conf.h Library Configuration file SDIO/SDIO_uSDCard/stm32f4xx_it.c Interrupt handlers SDIO/SDIO_uSDCard/stm32f4xx_it.h Interrupt handlers header file SDIO/SDIO_uSDCard/main.c Main program SDIO/SDIO_uSDCard/main.h Main program header file下一步，我们就浏览这六个文件，熟悉其中的流程与调用关系。 使用SI创建一个SDIO_EVAL工程，将以上提到的文件添加到工程，用SI分析程序相当方便。 为了防止无意中修改库文件，我们把文件拷贝一份。 SD卡例程源文件 从MAIN函数入手，程序首先对SD进行初始化。然后进行块测试，分别进行擦块，单块测试，多块测试。 /*------------------------------ SD Init ----------------- */ if((Status = SD_Init()) != SD_OK) { STM_EVAL_LEDOn(LED4); } while((Status == SD_OK) && (uwSDCardOperation != SD_OPERATION_END) && (SD_Detect()== SD_PRESENT)) { switch(uwSDCardOperation) { /*-------------------------- SD Erase Test --------- */ case (SD_OPERATION_ERASE): { SD_EraseTest(); uwSDCardOperation = SD_OPERATION_BLOCK; break; } /*------------------- SD Single Block Test --------- */ case (SD_OPERATION_BLOCK): { SD_SingleBlockTest(); uwSDCardOperation = SD_OPERATION_MULTI_BLOCK; break; } /*------------------- SD Multi Blocks Test --------- */ case (SD_OPERATION_MULTI_BLOCK): { SD_MultiBlockTest(); uwSDCardOperation = SD_OPERATION_END; break; } } }从函数SD_Error SD_Init(void)跟下去。 函数首先调用了SDIO底层初始化，然后读卡，进行Power On了，上电成功就初始化。 先看看SDIO底层初始化了什么。 SD_Error SD_Init(void) { __IO SD_Error errorstatus = SD_OK; /* SDIO Peripheral Low Level Init */ SD_LowLevel_Init(); SDIO_DeInit(); errorstatus = SD_PowerON();void SD_LowLevel_Init(void)函数就在前面提到过的stm324xg_eval.c文件内，也就是官方的DEMO板的初始化文件。 我个人觉得这些代码应该放到mcu_sdio驱动内。 这个文件与SD卡有关的也就四个函数，前面两个是SDIO口初始化，后面两个是SDIO使用DMA的初始化。 void SD_LowLevel_DeInit(void); void SD_LowLevel_Init(void); void SD_LowLevel_DMA_TxConfig(uint32_t *BufferSRC, uint32_t BufferSize); void SD_LowLevel_DMA_RxConfig(uint32_t *BufferDST, uint32_t BufferSize);回到SD_Init(void)，后续调用的函数全部都在本文件了。 再回到main，看测试程序在哪里。 就放在main函数下面，这些函数我倒觉得应该放在SD卡驱动里面。当然，个人意见。 SD卡测试函数 其他几个文件，前面例程已经在使用，我们就对比一下看看差异。 stm32f4xx_conf.h，有差别，但是与SD卡无关。 stm32f4xx_conf.h差异 stm32f4xx_it.c，多了两个中断处理，移植的时候记得拷贝。 stm32f4xx_it.c差异 stm32f4xx_it.h多一个SDIO中断的声明，无关紧要 stm32f4xx_it.h差异 system_stm32f4xx.c，差别较大，但是很多都是为了兼容其他芯片的条件编译。 但是这个文件主要是初始化时钟，如果移植后调试不顺利，有问题，需要回来认真分析这个文件。 system_stm32f4xx.c差异 OK，下一步我们就开始移植了。 11.5.2. 移植调试过程¶ 建立一个mcu_sdio驱动，将stm324xg_eval.c里的四个函数作为mcu_sdio驱动，拷贝到mcu_sdio.c。 stm324xg_eval.h里面与SD卡相关的定义也要拷贝到mcu_sdio.h里面。 stm324xg_eval_sdio_sd.c跟stm324xg_eval_sdio_sd.h我们就直接使用。 作为board_dev驱动。 将main.c里面的SD卡测试程序拷贝到stm324xg_eval_sdio_sd.c最后，作为驱动测试程序使用。 原来的测试程序使用了一些官方硬件上的LED，我们全部改为串口调试信息输出。 有一个需要特别关注的地方就是static void NVIC_Configuration(void)函数，这个函数的第一行就设置了NVIC的分组，也就是中断优先级分组，这个是ARM核相关。关于NVIC，前面章节有说明。 把stm32f4xx_it.c里面的两个中断入口拷贝到我们的stm32f4xx_it.c文件。 将新文件添加到工程，编译。21个错误，一个一个解决。挑几个看看 ..\mcu_dev\mcu_sdio.c(67): error: #20: identifier “SD_DETECT_GPIO_CLK” is undefined 因为mcu_sdio.c没有包含mcu_sdio.h。增加#include “mcu_sdio.h”。 其实在我的个人认识当中，h文件应该是提供给外部使用。 哪些仅仅是驱动内部使用的定义，最好是定义到C文件内，不让其他文件看到。减少不必要的耦合。 重新编译，还有一个错误 ..\board_dev\stm324xg_eval_sdio_sd.h(39): error: #5: cannot open source input file “stm324xg_eval.h”: No such file or directory 改为包含mcu_sdio.h。 又有38个错误了。 ..\board_dev\stm324xg_eval_sdio_sd.h(128): error: #20: identifier “uint32_t” is undefined 应该是没包含stm32的头文件， 官方stm324xg_eval_sdio_sd.h包含了#include “stm324xg_eval.h”， 然后stm324xg_eval.h包含了#include “stm32f4xx.h”和#include “stm32_eval_legacy.h”，我们在mcu_sdio.h中包含#include “stm32f4xx.h”。 编译没有错误了。 开始做硬件移植，在mcu_sdio.h第20行，例程用PH13做SD卡检测，我们都没有H口。我们用的是PC13. 在mcu_sdio.c的初始化中，进行了初始化，个人认为这些跟硬件相关的，还是放到一处用宏定义较好，方便移植修改。 数据线，和我们的硬件一样，不需要修改。 /* Configure PC.08, PC.09, PC.10, PC.11 pins: D0, D1, D2, D3 pins */ 命令线，也跟我们一样。 /* Configure PD.02 CMD line */ 时钟线也一样。 /* Configure PC.12 pin: CLK pin */ 那么就是检测脚不一样，我们看看这个管脚怎么用的。搜索后发现有一个SD_Detect函数在使用。 /** * @brief Detect if SD card is correctly plugged in the memory slot. * @param None * @retval Return if SD is detected or not */ uint8_t SD_Detect(void) { __IO uint8_t status = SD_PRESENT; /*!< Check GPIO to detect SD */ if (GPIO_ReadInputDataBit(SD_DETECT_GPIO_PORT, SD_DETECT_PIN) != Bit_RESET) { status = SD_NOT_PRESENT; } return status; } SDCardState SD_GetState(void)和测试程序会使用SD_Detect。到这里看出，检测管脚就是一个普通IO口，没有使用中断等其他功能，直接修改为我们的管脚即可。 重新编译，插上TF卡，下载程序运行。 初始化不成功。在初始化函数添加调试信息。 成功上电，进入初始化，卡信息也获取成功了，选卡也成功。 选卡成功 我们先看一下卡信息，卡信息结构体如下： /** * @brief SD Card information */ typedef struct { SD_CSD SD_csd; SD_CID SD_cid; uint64_t CardCapacity; /*!< Card Capacity */ uint32_t CardBlockSize; /*!< Card Block Size */ uint16_t RCA; uint8_t CardType; } SD_CardInfo;CSD跟CID是卡信息，包含比较多信息。例如卡什么卡，什么版本，V1.0，还是2.0等。 本处我们先把容量Capacity跟Block Size打印出来，看跟我们的卡是不是一致。 调试代码如下，要注意的地方是容量的处理：如果直接使用uart_printf打印容量，打印出来一个10，不正确，要拆分为两部分打印。 /*----------------- Read CSD/CID MSD registers ------------------*/ errorstatus = SD_GetCardInfo(&SDCardInfo); uart_printf("\r\n-------SD_GetCardInfo ok----------\r\n"); uint32_t *p; p = (uint32_t *)&(SDCardInfo.CardCapacity); uart_printf("\r\n-------CardCapacity:%08X----------\r\n", *(p+1)); uart_printf("\r\n-------CardCapacity:%08X----------\r\n", *(p+0)); uart_printf("\r\n-------CardBlockSize:%d ----------\r\n", SDCardInfo.CardBlockSize); uart_printf("\r\n-------RCA:%d ----------\r\n", SDCardInfo.RCA); uart_printf("\r\n-------CardType:%d ----------\r\n", SDCardInfo.CardType);卡信息调试LOG: ——-dev_sdio_test———- ——-SD_PowerON ok———- ——-SD_InitializeCards ok———- ——-SD_csd.DeviceSize:15271———- ——-SD_GetCardInfo ok———- ——-CardCapacity:00000001———- ——-CardCapacity:DD400000———- ——-CardBlockSize:512 ———- ——-RCA:2 ———- ——-CardType:2 ———-还有，刚刚等了很久发现，初始化返回结果4，数据超时。 查看SD_Error SD_EnableWideBusOperation(uint32_t WideMode)，分析大概流程后加上调试信息。 应该是陷入static SD_Error SDEnWideBus(FunctionalState NewState)超时。 源码1103行 else if (SDIO_BusWide_4b == WideMode) { errorstatus = SDEnWideBus(ENABLE); uart_printf("SDEnWideBus:%d\r\n", errorstatus);经查，在FindSCR处，源码2438行。 uart_printf("SDIO_GetResponse ok\r\n"); /*!< Get SCR Register */ errorstatus = FindSCR(RCA, scr); uart_printf("FindSCR:%d\r\n", errorstatus);FindScr函数内有个while，估计程序就是卡在这里，源码2760行 while (!(SDIO->STA & (SDIO_FLAG_RXOVERR | SDIO_FLAG_DCRCFAIL | SDIO_FLAG_DTIMEOUT | SDIO_FLAG_DBCKEND | SDIO_FLAG_STBITERR))) { if (SDIO_GetFlagStatus(SDIO_FLAG_RXDAVL) != RESET) { *(tempscr + index) = SDIO_ReadData(); index++; } } 我想骂人，我刚刚说SD卡读不到数据，硬件说他看下，回来跟我说有3个跳线电阻没焊。我想杀人。 看来以后要先学会怀疑别人，再证明自己清白。 硬件修改后，SD卡初始化成功，但是测试失败。 ——-dev_sdio_test———- ——-SD_PowerON ok———- ——-SD_InitializeCards ok———- ——-SD_csd.DeviceSize:15271———- ——-SD_GetCardInfo ok———- ——-CardCapacity:00000001———- ——-CardCapacity:DD400000———- ——-CardBlockSize:512 ———- ——-RCA:2 ———- ——-CardType:2 ———- ——-SD_SelectDeselect ok———- SDIO_GetResponse ok FindSCR:0 2453 mdResp1Error:0 2468 CmdResp1Error:0 SDEnWideBus:0 ——-SD_EnableWideBusOperation:0———- ——-SD_Init ok———- ——-SD_EraseTest….———-查后，发现卡在等待传输结束的等待上。 SD_Error SD_WaitReadOperation(void)函数第一个等待就过不去。 前面读写已经没问题，唯一的区别就是这里使用了DMA。 这里的while(1)，就是等待中断或者DMA标志。源码349行 __IO SD_Error TransferError = SD_OK; __IO uint32_t TransferEnd = 0;//sdio中断中会赋值0x01; __IO uint32_t DMAEndOfTransfer = 0;//DMA中断中会赋值0x01; SD_CardInfo SDCardInfo;网上百度，发现很多人说ST的DMA BUG，其中一个BUG是，在读写之前要发CMD16设置BLOCK大小，我们使用的库已经修改了这个BUG，源码1335行 /*!< Set Block Size for Card */ SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Argument = (uint32_t) BlockSize; SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CmdIndex = SD_CMD_SET_BLOCKLEN; SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Response = SDIO_Response_Short; SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Wait = SDIO_Wait_No; SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CPSM = SDIO_CPSM_Enable; SDIO_SendCommand(&SDIO_CmdInitStructure);还有就是中断处理函数SD_Error SD_ProcessIRQSrc(void)，以前没有处理出错信息，现在已经处理了。 （从这里可以学一点，我们自己写的中断处理处理函数，最好也响应错误中断） 本处是DMA传输，DMA传输一般都要求字节对齐，否则会出错或者是死机。我们看下到底是死机了还是一直在等待。 既然可能死机，我们就使用CMSIS DAP调试一下，发现死在中断入口了。晶振未修改对 晶振未修改对 说明有一个中断源一直在进中断，或者是我们没有处理。 我们在DMA中断中增加了调试信息，但是却没有输出，很奇怪。 源码2065行 void SD_ProcessDMAIRQ(void) { uart_printf("-2-"); if(DMA2->LISR & SD_SDIO_DMA_FLAG_TCIF) { DMAEndOfTransfer = 0x01; DMA_ClearFlag(SD_SDIO_DMA_STREAM, SD_SDIO_DMA_FLAG_TCIF|SD_SDIO_DMA_FLAG_FEIF); } }搜索中断入口函数void SD_SDIO_DMA_IRQHANDLER(void); 发现，这个并没有在中断向量中定义，而是在mcu_sdio.h中用宏定义。 真正的中断句柄是DMA2_Stream3_IRQHandler，在移植的时候我们并没有处理，而且也不了解这样做要如何处理。 先改回DMA2_Stream3_IRQHandler试试。mcu_sdio.h第46行 #ifdef SD_SDIO_DMA_STREAM3 #define SD_SDIO_DMA_STREAM DMA2_Stream3 #define SD_SDIO_DMA_CHANNEL DMA_Channel_4 #define SD_SDIO_DMA_FLAG_FEIF DMA_FLAG_FEIF3 #define SD_SDIO_DMA_FLAG_DMEIF DMA_FLAG_DMEIF3 #define SD_SDIO_DMA_FLAG_TEIF DMA_FLAG_TEIF3 #define SD_SDIO_DMA_FLAG_HTIF DMA_FLAG_HTIF3 #define SD_SDIO_DMA_FLAG_TCIF DMA_FLAG_TCIF3 #define SD_SDIO_DMA_IRQn DMA2_Stream3_IRQn #define SD_SDIO_DMA_IRQHANDLER DMA2_Stream3_IRQHandler #elif defined SD_SDIO_DMA_STREAM6 测试通过。SDIO硬件测试完成。 SDIO测试通过 程序测试通过，那到底是不是真的测试成功了呢？ 我们可以用winhex软件查看TF卡内容，开头的几个数据块，已经被我们改为0x00–00XFF顺序增加的数据了，说明操作是成功的。 11.6. 总结¶调试SD卡这一段写了很多，主要是让大家看看平时调试的方法，很多时候就是 加调试信息，顺藤摸瓜。遗留问题，SDIO驱动用了一个很大的BUF，这个要修改优化。 目前我们只是为了验证硬件，没有挂载文件系统，后续再加上。 11.7. end¶ |
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