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探讨一下SD卡和FATFS文件系统

SD卡模块支持哪几种操作模式呢？如何对SD卡进行初始化呢？

FATFS是什么意思？FATFS文件系统的特点有哪些？




回帖（1）

江端淳

2021-12-17 15:31:37
最近看了32的sd卡和FATFS文件系统，现在就自己的理解总结一下。
一、SD卡模块


  • SD 卡：安全数码卡， 它是在 MMC 的基础上发展而来， 是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备。按容量分类，可以将SD 卡分为 3 类： SD 卡、 SDHC 卡、 SDXC 卡。SD卡(SDSC)：0~2G    SDHC卡：2~32G  SDXC卡：32G~2T。
  • SD 卡一般支持 2 种操作模式：




  •   SD 卡模式（通过 SDIO 通信）：允许 4 线的高速数据传输，只能使用 3.3V 的 IO 电平，所以， MCU 一定要能够支持 3.3V 的 IO 端口输出。
  • SPI 模式：同 SD 卡模式相比就是丧失了速度，在 SPI 模式下， CS/MOSI/MISO/CLK 都需要加 10~100K 左右的上拉电阻。

SD卡引脚功能表：

针脚      1   2  3   4  5  6   7  8   9
SD卡模式CD/DAT3CMDVSSVCCCLKVSSDAT0DAT1DAT2
SPI模式    CSMOSIVSSVCCCLKVSSMISO NC  NC
      3.SD卡的5个寄存器：

名称宽度描述
CID128
卡标识寄存器
RCA16相对卡地址寄存器：本地系统中卡的地址，动态变化，在卡的初始化时确定。（SPI模式中没有）
CSD128卡描述数据寄存器：卡操作条件相关的信息数据。
SCR64SD配置寄存器：SD卡特定信息数据
OCR32操作条件寄存器
4.SD卡初始化过程（知道 SD 卡的类型V1、 V2、 V2HC 或者 MMC）：



  • 初始化与 SD 卡连接的硬件条件（MCU 的 SPI 配置， IO 口配置）；
  • 上电延时（>74 个 CLK）（因为 SD 卡内部有个供电电压上升时间，大概为 64 个 CLK，剩下的 10 个 CLK 用于 SD 卡同步，之后才能开始 CMD0 的操作）；
  • 复位卡（CMD0），进入 IDLE 状态；
  • 发送 CMD8，检查是否支持 2.0 协议；
  • 根据不同协议检查 SD 卡（命令包括： CMD55、 CMD41、 CMD58 和 CMD1 等）；
  • 取消片选，发多 8 个 CLK（提供 SD 卡额外的时钟，完成某些操作），结束初始化；

5、SD卡读取数据（CMD17）：



  • 发送 CMD17；
  • 接收卡响应 R1；
  • 接收数据起始令牌 0XFE；
  • 接收数据；
  • 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。
  • 禁止片选之后，发多 8 个 CLK；

6、SD卡写数据（CMD24）：



  • 发送 CMD24;
  • 接收卡响应 R1；
  • 发送写数据起始令牌 0XFE；
  • 发送数据；
  • 发送 2 字节的伪 CRC；
  • 禁止片选之后，发多 8 个 CLK；

7、硬件设计：（mini板）



  • SD卡通过4根信号线与STM32连接， SD卡的片选（SD_CS）连接PA3，SD卡的SPI接口，连接在STM32的SPI1上面。
  • 要注意的是SPI1被3个外设共用了： SD卡、 W25Q64和NRF24L01，在使用SD卡的时候，必须禁止其他外设的片选，以防干扰。


二、FATFS文件系统


  •    FATFS 是一个完全免费开源的 FAT 文件系统模块，专门为小型的嵌入式系统而设计。可以移植到 8051、 PIC、 AVR、 SH、Z80、 H8、 ARM 等系列单片机上而只需做简单的修改。它支持 FATl2、 FATl6 和 FAT32，支持多个存储媒介；有独立的缓冲区，可以对多个文件进行读／写，并特别对 8 位单片机和 16 位单片机做了优化。
  • FATFS 的特点有：




  •  Windows 兼容的 FAT 文件系统（支持 FAT12/FAT16/FAT32）
  •  与平台无关，移植简单
  •  代码量少、效率高
  •  多种配置选项

          支持多卷（物理驱动器或分区，最多 10 个卷）
          多个 ANSI/OEM 代码页包括 DBCS
          支持长文件名、 ANSI/OEM 或 Unicode
           支持 RTOS
           支持多种扇区大小
           只读、最小化的 API 和 I/O 缓冲区等
    3.与平台无关的是：

ffconf.hFATFS 模块配置文件
ff.hFATFS 和应用模块公用的包含文件
ff.cFATFS 模块
diskio.hFATFS 和 disk I/O 模块公用的包含文件
interger.h数据类型定义
option可选的外部功能（比如支持中文等）

     与平台相关的代码（需要用户提供）是：

diskio.cFATFS 和 disk I/O 模块接口层文件
       FATFS 模块在移植的时候，我们一般只需要修改 2 个文件，即 ffconf.h 和 diskio.c。
   4. diskio.c和diskio.h是硬件层，需要根据存储介质来修改
        ff.c和ff.h是FATFS的文件系统层和文件系统的API层
   5 .移植步骤：  1、数据类型：在integer.h 里面去定义好数据的类型。这里需要了解你用的编译器的数据类型，并根据编译器定                                     义好数据类型。
                              2、配置：通过ffconf.h配置FATFS的相关功能，以满足你的需要。
                              3、函数编写：打开diskio.c，进行底层驱动编写，一般需要编写6 个接口函数
   6.FATFS给用户提供了大量的API函数，可以满足我们对文件的各种操作。
      




      



  
      




  7.几个重要结构体：
        文件对象结构体（FIL类型）：存放文件的相关信息，打开关闭读写文件等操作时需要使用其指针
        目录对象结构体（DIR类型）：存放目录的相关信息，对目录操作时需要其指针
        文件状态结构体（FILINFO类型）：存放文件的大小属性文件名等信息
        文件系统对象结构体（FATFS类型）
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