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STM32F469I discovery驱动SD卡

-----东方青

SD卡，一种廉价的存储介质，深深的融入在我们的生活中。平常我们看到的SD卡，是可以通过读卡器插在PC上，然后将文本文件、音频文件或者视频文件等等Copy到其中去存储，这是多么的简单和方便。但是作为程序猿，我们更应该去了解SD卡隐藏在背后的秘密，而不是简简单单的通过文件系统来Copy文件。

1.SD卡的简介和技术难度

SD卡(Secure Digital Memory Card)是一种基于半导体闪存工艺的存储卡。它支持SDIO协议接口和SPI接口。它是一种很复杂的存储设备，其配备了SD卡协议，关于SD卡协议可在相应官网上找到。

因为它有自己的协议，并且协议也相当复杂，所以想要直接操作SD卡还是有一点的困难的，不过好在官方同样也提供了相应的SD卡驱动代码的源码进行移植，并且相应的SD卡协议上也定义了SD卡的命令表，从而只需了解SD卡的基本存储结构和SDIO协议接口或者SPI接口，就可以操作了。

在这里不进行SD卡具体存储结构的讲解，只是简单介绍，如需了解，请找度娘。SD卡的存储使用是以扇区/块为单位的（解释一下：其实我也不知道为什么，有些人以扇区来命名，有些人以块来命名，在Flash上，扇区和块是不等同的单位；但是往往大家在操作SD卡时，以块来命名一个基础的操作单位，但是其实操作的也就是512字节，而一个扇区实实在在的是512字节，而在文件系统中，块（BLOCK）的单位是4K字节，所以显得有些混乱，基于此，本文后面的命名全部以扇区为基础单位）。也就是说，每一次进行SD卡的读或写，都必须以操作512Byte为基本单位。其他的关于字节存储等等就和Flash等一样了。SD卡的难点就是理解它的存储结构和存储方式，不过具体的可以在操作中体现出来。

2.SD卡的另一种使用方法

在SD卡的使用中，常常是以文件系统的存在访问，所以我们能通过设备（PC或者移动设备）能看到其存储是文件，但是我们并不知道它们是如何存储的。眼见为实，这面向普通用户群体是非常实在的。

但是还有一种用法是用户看不见的，但却实实在在存在的方式。使用隐藏区，什么意思呢？在这里举一个例子。对于一些设备或者产品，使用到了SD卡作为存储大量数据或者文件的存储介质，但是还有一部分系统数据是需要存储的，但是这部分数据不能让用户操作，否则会导致系统崩溃。那么怎么办呢？解决方案通常是两种：

（1）在SD卡文件系统中设置一个系统配置目录，在目录中设置相应的配置文件来存储系统配置参数；然后对此目录做写保护。

（2）直接对SD卡进行分区，分为隐藏区和FAT区，将系统配置参数存放于隐藏区中，而FAT去中的文件数据可由用户随便操作，包括格式化SD卡，用户永远也看不到隐藏区的数据。

这两种方法各有优缺点，第一种方法所存放的数据应该是公开的，就算用户看见了也没事，只要不修改东西就好（实际上普通用户是修改不了的），但是经过试验，尽管有写保护，但是还是有被干掉的可能的；第二中方法不适用用经常读写的情况，只适用于少量读写或者只读不写的情况，因为一张SD卡的寿命平均也就是10W次左右。经常读写的话只能用Flash或者EEPROM了。对于用户而言，隐藏区是不存在的，所以它无从修改。下面我贴图证明，首先说明这里我使用的是一张4GByte大小的SD卡，如下图：

呵看见了木有？显示的可用空间（也就是FAT区）只有1.94G。那么除去厂商计算和计算机或者程序猿的计算差异（厂商计算1K等于1000，而计算机和程序员的1K等于1024，所以跟程序猿借钱你要小心了，哈哈玩笑），还有大概1.8G的空间去哪里了呢？为了证明我并没有欺骗广大人民群众，的使用分区助手看看，如下图：

如上图，整一张卡的可用空间为3.69G，没错，的确是4G卡；此卡被分成三个分区，其中FAT区的大小为1.94G，是前面在计算机页面看到的。而另外两个分区被隐藏起来了。为了证明这些隐藏区得到了使用，就需要使用WinHex工具打开，SD卡，找到使用位置。如下图：

如上图为SD卡10扇区位置，我使用来存储了地址索引，对应的相应地址通过自定义公式计算，去查找相应的内容，就是这样，如此简单。这部分内容对应用户而言，是不存在的，对于开发人员而言，是非常重要的。

3.板子硬件资源

关于硬件资源，上图表明一切了，具体对应的SDIO端口，请自行查看Datasheet和参考手册了。

4.移植SD卡驱动

ST同样为用户提供了完善的SD卡驱动，前面也介绍了SD卡的使用，所以这里直接移植使用，请初学者自行跟读代码。与SD卡相关的文件为stm32469i_discovery_sd.c和stm32469i_discovery_sd.h，将其添加到工程代码中即可（前提是CMSIS没问题）。

5.测试使用SD卡

首先，要确定使用思路，再确定测试思路。

使用思路：以扇区为单位对SD卡进行读操作、写操作和擦除操作。在使用前，可以通过命令进行检测是否插SD卡。

测试思路：基于使用思路，ST在初始化代码中当初始化SDIO完毕后，对SD卡进行检测，是否有SD卡存在。当SD卡存在时，尝试对其的5扇区进行擦除、写数据和读数据操作，最后对比读取到的数据和写入是数据进行比对，从而判断测试是否成功。当不成功是，亮红灯报警。

首先来确定一下，SD卡的操作概念和基本定义：

如上图，读写Buffer的大小为512Byte，操作的扇区是5扇区，起始地址为0XA00(即5<<9位)，每个扇区的大小为512Byte。注意，在这里我是一扇区为单位的，但是在ST的例程中，是以块为单位的，请自行注意异同点。

关于SD卡的调用就如上图了，整一个实验思路流程很清晰。

6.测试效果

又到了测试代码的时候了，在运行代码之前，我想干一件事，如下图：

通过WinHex在5扇区写上一段话（MY Name is DFQ），看看程序运行之后，还能否找到此段话。在板卡上插入SD卡，运行程序，有如下图：

OK！从运行结果可以看出，SD卡的测试实验已经成功，但是，还是有必要看看所操作扇区的数据为何：

如上图，可以看到，前面写入的字符串”MY Name is DFQ”已经不存在了，而存在的这些值，即为在TxBuffer中填充的值。

总结：本文尽管没有详细的代码分析，但是却分析了整一个SD卡的使用思路和不同的使用方案。并且如果单纯从使用的角度去理解SD卡协议，整一个工程代码还是很简单的。