STM32 и SDIO. Подключение SD-карты к микроконтроллеру.

Всем доброго дня! Сегодня мы поговорим о подключении SD-карты к микроконтроллеру STM32.

Казалось бы, памяти у контроллеров STM32F10x и так много, зачем там еще дополнительная, но это впечатление обманчиво ) Вот, например, надо нам на дисплей вывести пару-тройку разных изображений - формат 320*240 - то есть 76800 пикселей, каждому из которых соответствует целых 2 байта. Вот и получаем около 150 кБ на одну картинку. А это немало по меркам микроконтроллера, и не факт, что две разные картинки удастся запихать в его Flash-память.

Или надо нам хранить большие объемы информации, данные с какого-нибудь датчика, к примеру. Да еще так, чтобы эти данные были доступны и после отключения питания. Вот тут то нам и пригодится внешняя память. И отличным решением будет SD-карта. К слову в этой статье мы будем проводить опыты над картой microSD.

Для начала пара слов о самой карте памяти, точнее о ее распиновке. Выглядит все это дело следующим образом:

Итак, что тут у нас? Ну сразу видно, что выводов у нее целых восемь штук. Назначение выводов следующее:

Колонка SPI Mode нам намекает на то, что SD-карта взаимодействует с микроконтроллером при помощи интерфейса SPI. НО! Мы пойдем по другому пути. Все дело в том, что STM32 имеют на своем борту готовый периферийный модуль для работы именно с картами памяти, и называется он SDIO.

Вообще взаимодействие с картами памяти заключается в передаче им определенных команд. Некоторые команды требует наличия аргумента, некоторые нет. Команды можно найти в официальной документации. Так вот встроенный модуль SDIO дает возможность значительно упростить процесс передачи команд, да и вообще процесс работы с внешними картами памяти. Например, вот регистр SDIO_CMD - туда мы просто напросто записываем код команды, которую хотим передать карте. Или вот статусный регистр SDIO_STA - там целых 24 флага на каждый чих, то есть для большого количества событий.

Кстати STM радует еще и добротной документацией на все это дело. Вот, к примеру, подробное описание инициализации для карты памяти SD (аналогично все описано для других типов карт):

Время традиционной вставки: поскольку компания STMicroelectronics прекратила поддержку библиотеки SPL, которая использовалась в этом курсе, я создал новый, посвященный работе уже с новыми инструментами, так что буду рад видеть вас там - STM32CubeMx. Кроме того, вот глобальная рубрика по STM32, а также статья на смежную тему из нового курса: STM32 и SD-карта. Настройка FatFs в STM32CubeMx.

Ну, собственно, пора перейти к практическому примерчику. Поковыряем-ка SPL.

В файле stm32f10x_sdio.h по традиции находим структуры для всевозможной настройки - то есть для выбора источника тактового сигнала, частоты контроллера SDIO, настройки количества передаваемых байт. Там все так щедро откомментировано, что даже не хочется отдельно это повторять ) Просто смотрите:

typedef struct
{
	uint32_t SDIO_ClockEdge;            /* Specifies the clock transition on which the bit capture is made.
	                                    This parameter can be a value of @ref SDIO_Clock_Edge */

	uint32_t SDIO_ClockBypass;          /* Specifies whether the SDIO Clock divider bypass is enabled or disabled.
	                                    This parameter can be a value of @ref SDIO_Clock_Bypass */

	uint32_t SDIO_ClockPowerSave;       /* Specifies whether SDIO Clock output is enabled or
	                                    disabled when the bus is idle.
	                                    This parameter can be a value of @ref SDIO_Clock_Power_Save */

	uint32_t SDIO_BusWide;              /* Specifies the SDIO bus width.
	                                    This parameter can be a value of @ref SDIO_Bus_Wide */

	uint32_t SDIO_HardwareFlowControl;  /* Specifies whether the SDIO hardware flow control is enabled or disabled.
	                                    This parameter can be a value of @ref SDIO_Hardware_Flow_Control */

	uint8_t SDIO_ClockDiv;              /* Specifies the clock frequency of the SDIO controller.
	                                    This parameter can be a value between 0x00 and 0xFF.*/

} SDIO_InitTypeDef;

typedef struct
{
	uint32_t SDIO_Argument;             /* Specifies the SDIO command argument which is sent
	                                    to a card as part of a command message. If a command
	                                    contains an argument, it must be loaded into this register
	                                    before writing the command to the command register */

	uint32_t SDIO_CmdIndex;             /* Specifies the SDIO command index. It must be lower than 0x40. */

	uint32_t SDIO_Response;             /* Specifies the SDIO response type.
	                                    This parameter can be a value of @ref SDIO_Response_Type */

	uint32_t SDIO_Wait;                 /* Specifies whether SDIO wait-for-interrupt request is enabled or disabled.
	                                    This parameter can be a value of @ref SDIO_Wait_Interrupt_State */

	uint32_t SDIO_CPSM;	                /* Specifies whether SDIO Command path state machine (CPSM)
	                                    is enabled or disabled.
	                                    This parameter can be a value of @ref SDIO_CPSM_State */
} SDIO_CmdInitTypeDef;

typedef struct
{
	uint32_t SDIO_DataTimeOut;          /* Specifies the data timeout period in card bus clock periods. */

	uint32_t SDIO_DataLength;           /* Specifies the number of data bytes to be transferred. */

	uint32_t SDIO_DataBlockSize;        /* Specifies the data block size for block transfer.
	                                    This parameter can be a value of @ref SDIO_Data_Block_Size */

	uint32_t SDIO_TransferDir;          /* Specifies the data transfer direction, whether the transfer
	                                    is a read or write.
	                                    This parameter can be a value of @ref SDIO_Transfer_Direction */

	uint32_t SDIO_TransferMode;         /* Specifies whether data transfer is in stream or block mode.
	                                    This parameter can be a value of @ref SDIO_Transfer_Type */

	uint32_t SDIO_DPSM;                 /* Specifies whether SDIO Data path state machine (DPSM)
	                                    is enabled or disabled.
	                                    This parameter can be a value of @ref SDIO_DPSM_State */
} SDIO_DataInitTypeDef;

Отметим как в SPL реализована передача команд карте памяти. Для этих целей отведена отдельная структура SDIO_CmdInitTypeDef. В поле SDIO_CmdIndex вводим код команды, в поле SDIO_Argument - аргумент команды, также заполняем остальные поля. Осталось как-то эти данные запихать в карту памяти. А для этого нам приготовили функцию:

• SDIO_SendCommand (SDIO_CmdInitTypeDef *SDIO_CmdInitStruct).

В качестве аргумента передаем ей как раз таки созданную нами структуру. Для записи данных есть функция - SDIO_WriteData(uint32_t Data). После вызова этой функции данные окажутся в специально предназначенном для этого регистре - SDIO_FIFO.

Теперь перейдем наконец-то к практике . Я снова буду работать с платой Mini STM32, поскольку добрые китайцы озадачились установкой на нее слота для microSD. Вот схема подключения разъема для карты к микроконтроллеру:

Для написания программы воспользуемся готовым примером для Keil'а - стащим оттуда два файла, в которых реализовано что-то вроде драйвера для работы с картами - это файлы sdcard.c и sdcard.h. Создаем новый проект, цепляем туда эти файлы, а кроме того, естественно, файлы CMSIS и SPL. Вот готовый проект, в который все уже добавлено - остается только написать код функции main():

• Проект для работы с SDIO.

В файле sdcard.c реализованы всевозможные функции для работы с картой памяти, нам теперь остается их только использовать. Пишем код, и для примера запишем на microSD 512 байт тестовых данных, а затем попробуем их считать:

/***************************************************************************************/
// Цепляем нужные файлы
#include "stm32f10x.h"
#include "sdcard.h"


/***************************************************************************************/
// Массивы входных и выходных данных и переменная для хранения данных о нашей карте
uint8_t writeBuffer[512];
uint8_t readBuffer[512];
SD_CardInfo SDCardInfo;


/***************************************************************************************/
int main()
{
	// Тестовые данные для записи
	for (uint16_t i = 0; i < 512; i++)
	{
		writeBuffer[i] = i % 256;
		readBuffer[i] = 0;
	}

	// Иницилизация карты
	SD_Init();
	
	// Получаем информацию о карте
	SD_GetCardInfo(&SDCardInfo);
	
	// Выбор карты и настройка режима работы
	SD_SelectDeselect((uint32_t) (SDCardInfo.RCA << 16));
	SD_SetDeviceMode(SD_POLLING_MODE);
	
	// И вот наконец-то запись и чтение
	SD_WriteBlock(0x00, writeBuffer, 512);
	SD_ReadBlock(0x00, readBuffer, 512);

	while(1)
	{
	}
}


/***************************************************************************************/

Обратите внимание, что SD-карта поддерживает запись блоками по 512 байт.

Если мы запустим программу под отладчиком, то увидим, что считанные данные соответствуют записанным, так что эксперимент можно считать удавшимся ) В дальнейшем можно добавить к проекту поддержку файловой системы FatFs, как, например тут или тут.

На этом на сегодня заканчиваем, до скорых встреч!