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总结一下自己关于STM32与SD卡通信的一些理解

菜鸟
2018-12-22 01:03:27    评分
我自己把SD卡从驱动到应用共分为4层,从下至上依次为:驱动层、物理层、文件系统层、应用层。下面一一来介绍各层的一些重要的操作。


1)驱动层

驱动层,对应到ST的库,就是stm32f10x_sdio.c/.h这个两文件。其实使用任何一个STM32的外设,只要用库函数都离不开这一对互相对应的.c/.h文件。对于SDIO外设来说,它就是用来操作寄存器的,由于涉及ST库函数的编写,没能力参透,在此不赘述它的实现过程。


2)物理层

这一层可以说是承上启下的一层,下接驱动层,用于操作寄存器,上接文件系统层,用于统一管理文件,可谓整个SD驱动的核心代码。其实,如果对于SD的要求不高,可以直接在这一层上面进行文件操作,只是没有文件系统操作起来实在不便。


之所以叫物理层是因为这一部分的代码主要参考了“SD卡物理层简化协议”这样一个东西。这个协议规定了控制器对SD卡操作的各种指令的格式和操作时序。这一层对应了源代码中的sdio_sdcard.c/.h这两个文件,那么它主要实现了什么功能呢?


这一层最重要的一个函数就是SD_Init()——SD卡的初始化函数。这函数包括了SD卡的上电、识别、卡初始这三个重要步骤,分别对应两个子函数——SD_PowerOn,SD_InitializeCards(),而SD_InitializeCards()的返回值包含了卡的类型信息。这两个子函数的实现则是通过STM32内置的SDIO控制器发送CMD命令完成,这个命令的发送要严格遵守SD协议的流程图,而且要及时进行标志位判断,否则很容易程序跑飞了。发送CMD命令是通过填写SDIO_CmdInitStructure这个结构体完成的。举个例子:


SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Argument = 0x00;


SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CmdIndex = SD_CMD_APP_CMD;


SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Response = SDIO_Response_Short;


SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Wait = SDIO_Wait_No;


SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CPSM = SDIO_CPSM_Enable;


这个结构体包含了五个参数,从上至下分别控制的是:参数、命令索引、响应格式、是否等待、硬件流控制。填写了五个结构体也就也就配置好了一个CMD命令格式,使用SDIO_SendCommand()函数发送命令即可。当然,这一层还包含了一些其他外设的初始化——NVIC(配置中断向量优先级)、GPIO(配置了SD插槽的IO口)、DMA(使用DMA模式传输)。总结一下这部分就是主机(STM32)用CMD命令控制了SD卡,所以说在这一层上就已经可以直接调用函数来进行初始化、读写操作了。那么为什么又会有文件系统层呢?


3)文件系统层

它的存在就是用来管理文件的

一个SD卡,现在普通的8个G,要是直接使用物理层来操作,就要操作人来记住好多文件的地址、长度等等,这些事情本来就是计算机可以完成的,所以人们就发明了文件系统这么个东西,用来管理大容量储存设备,在文件系统之上来进行操作,整个格局就显得很大了,也更高端大气上档次,否则调用个文件就要写个地址,什么0x20000f54之类的,用的人不得疯了。


说了这么多,文件系统的作用就是一个管理层,下接SD的物理层,用来发送各种CMD操作SDIO控制器的寄存器,上承应用函数,封装好了由开发人员自由调用,可以说也是承上启下的关键代码。而且很幸运的是已经有人替你写好了这个代码的绝大部分,你只需要进行适量的修改就能为你所用,搭建起一个文件系统来。FATFS就是在一个很遥远的地方的好心人已经替你写好的东西,这东西通用性很强,与驱动层完全脱离,留下了一些接口函数,往哪个平台上移植,就填写相应的接口函数即可。这个接口连接了SD卡的物理层和文件系统的操作函数。这一层对应的ff.c/.h文件由于也是很遥远的大神编写的,参透不能。故在此不讲怎么实现。


4)应用层

这一层应该是硬件开发人员发挥的一层,因为对应的平台不同,这一层的接口函数填写就完全不同。应用层就是由上一层(文件系统层)留下的各种接口构成,我们填写了接口函数,就可以直接跑文件系统了。

怎么写接口函数呢?FATFS在留接口时除了留下了函数名,还留下了参数以及参数对应的功能和格式。帮助文件中有对应接口函数要实现的功能,其实不用查帮助文件通过接口函数的名字也能猜到,比如disk_read就是读盘。这个接口函数要实现读盘功能,就得调用在物理层写下的各种函数,如SD_ReadBlock(),只要注意子函数与母函数调用参数要一致就行,这个一致性就需要开发人员充分理解函数参数功能了。这部分代码很少,编写起来也不是很难,就是要注意记得判断标志位。


至此,SD的操作函数就已经被封装好了,只需要查询FATFS中各种操作函数的功能既可以调用它

SD驱动还有很多问题没有搞清楚,之前只是对着源码单步调试,看了看功能实现过程,接下来就准备动手移植文件系统试试了,希望能成功。SD驱动做起来还是很有意思的,通过它与其他外设,比如MP3模块或液晶屏模块连接可以实现歌曲播放和图片显示,还是颇有成就感。以前在用电子产品的时候没想到想听首歌看张图这么复杂,从0101的最原始编码到我们看到听到的模拟信号经过了这么多道的工序,想起来也只得感叹人类智慧的无穷尽也。





关键词: STM32     SD卡通信    

管理员
2018-12-24 08:57:45    评分
2楼

谢谢楼主分享


高工
2018-12-24 11:12:32    评分
3楼

半夜一点还在发帖。厉害了


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