一、工程說明與接口定義?

適用芯片：?STM32F4xx / STM32F7xx / STM32H7xx?（其他系列可按 HAL調(diào)整）

接口方式：?SDIO 4-bit總線?（默認(rèn)）

協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：?SD 2.0?（含 SDHC/SDXC），通過 CMD8/ACMD41完成電壓與容量識(shí)別

文件系統(tǒng)：?FatFS?（diskio接口對(duì)接，扇區(qū)大小固定為512B）

硬件要點(diǎn)：

?CD/DAT3作為片選?（硬件拉高，SDIO自動(dòng)控制）

?電源上電順序?：VCC先上電并穩(wěn)定，再拉低 CMD/CLK/DAT0~3，初始化完成后再釋放 DAT3片選

建議在 ?3.3V?電源域，SDIO接口附近放置 ?0.1μF + 10μF?去耦

本歷程默認(rèn)使用 ?HAL庫(kù)，時(shí)鐘與引腳在 CubeMX中配置后生成工程再集成

?二、CubeMX與初始化配置?

RCC：HSE/PLL正常輸出，系統(tǒng)時(shí)鐘按芯片手冊(cè)設(shè)置

SDIO：

Mode：?SDIO?

Prescaler：初始分頻使 ?SDIO_CK ≤ 400 kHz?（識(shí)別階段）

Bus Wide：?1-bit?（初始化），初始化成功后切換 ?4-bit?

Hardware Flow Control：?Enable?

GPIO：CMD、CLK、DAT0~3設(shè)為 ?SDIO復(fù)用推挽；CD/DAT3設(shè)為 ?輸入上拉?（硬件片選）

NVIC：開啟 ?SDIO中斷?與 ?DMA中斷?（優(yōu)先級(jí)略高于 SDIO）

生成工程后，將以下 sdio_sd.c/h加入工程，并在 main中調(diào)用初始化與測(cè)試接口

三、核心驅(qū)動(dòng)代碼?

頭文件：sdio_sd.h

#ifndef __SDIO_SD_H

#define __SDIO_SD_H

#include "stm32f4xx_hal.h"

#include "ff_gen_drv.h"

//返回值定義（與 HAL一致）

#define RES_OK 0U

#define RES_ERROR 1U

#define RES_NOTRDY 2U

#define RES_PARERR 3U

// SD狀態(tài)

typedef enum {

SD_CARD_UNINIT = 0,

SD_CARD_READY,

SD_CARD_IDENT,

SD_CARD_STBY,

SD_CARD_TRAN,

SD_CARD_DATA,

SD_CARD_RCV,

SD_CARD_PRG,

SD_CARD_DIS,

SD_CARD_ERROR

} sd_card_state_t;

//公共接口（供 diskio.c調(diào)用）

DSTATUS sd_disk_initialize (BYTE pdrv);

DSTATUS sd_disk_status (BYTE pdrv);

DRESULT sd_disk_read (BYTE pdrv, BYTE *buff, DWORD sector, UINT count);

#if _USE_WRITE == 1

DRESULT sd_disk_write (BYTE pdrv, const BYTE *buff, DWORD sector, UINT count);

#endif

#if _USE_IOCTL == 1

DRESULT sd_disk_ioctl (BYTE pdrv, BYTE cmd, void *buff);

#endif

//內(nèi)部接口（可選）

HAL_StatusTypeDef sd_init_card(void);

HAL_StatusTypeDef sd_switch_4bit(void);

sd_card_state_t sd_get_state(void);

uint32_t sd_get_sector_count(void);

uint32_t sd_get_block_size(void);

#endif

源文件：sdio_sd.c

#include "sdio_sd.h"

#include

SD_HandleTypeDef hsd;

HAL_SD_CardInfoTypeDef SDCardInfo;

static DSTATUS disk_status_ = STA_NOINIT;

//私有：等待卡退出空閑（CMD0 -> CMD1循環(huán)）

static HAL_StatusTypeDef sd_cmd0_cmd1(void)

{

uint32_t resp;

uint32_t timeout = 1000000;

// CMD0: GO_IDLE_STATE

if (HAL_SD_CmdGoIdleState(&hsd, &resp) != HAL_OK) return HAL_ERROR;

if ((resp & 0xFF) != 0x01) return HAL_ERROR;

// CMD1: SEND_OP_COND（SD 2.0）

do {

if (HAL_SD_CmdAppOpCond(&hsd, 0x00000000, &resp) != HAL_OK) return HAL_ERROR;

if (timeout-- == 0) return HAL_TIMEOUT;

} while ((resp & 0x80000000) != 0); // CCS位未置位

return HAL_OK;

}

//私有：ACMD41（帶 HCS標(biāo)志，識(shí)別 SDHC/SDXC）

static HAL_StatusTypeDef sd_acmd41(void)

{

uint32_t resp;

uint32_t timeout = 1000000;

do {

if (HAL_SD_CmdAppCommand(&hsd, 0x00000000, &resp) != HAL_OK) return HAL_ERROR; // CMD55

if ((resp & 0xFF) != 0x01) return HAL_ERROR;

if (HAL_SD_CmdAppOpCond(&hsd, 0x40000000, &resp) != HAL_OK) return HAL_ERROR; // ACMD41 with HCS

if (timeout-- == 0) return HAL_TIMEOUT;

} while ((resp & 0x80000000) == 0);

return HAL_OK;

}

//私有：讀取 OCR（可選）

static HAL_StatusTypeDef sd_read_ocr(void)

{

uint32_t resp;

return HAL_SD_CmdReadOCR(&hsd, &resp);

}

//私有：獲取 CSD/CID（可選）

static HAL_StatusTypeDef sd_get_cid_csd(void)

{

if (HAL_SD_GetCardCID(&hsd, (HAL_SD_CardCIDTypeDef*)&SDCardInfo.CID) != HAL_OK)

return HAL_ERROR;

if (HAL_SD_GetCardCSD(&hsd, (HAL_SD_CardCSDTypeDef*)&SDCardInfo.CSD) != HAL_OK)

return HAL_ERROR;

return HAL_OK;

}

//初始化卡（SD 2.0）

HAL_StatusTypeDef sd_init_card(void)

{

HAL_StatusTypeDef status;

// 1) CMD0

if ((status = sd_cmd0_cmd1()) != HAL_OK) return status;

// 2) CMD1或 ACMD41（SD 2.0走 ACMD41）

if ((status = sd_acmd41()) != HAL_OK) return status;

// 3) CMD2: ALL_SEND_CID

if (HAL_SD_CmdSendCID(&hsd, (uint32_t*)&SDCardInfo.CID) != HAL_OK) return HAL_ERROR;

// 4) CMD3: SEND_RELATIVE_ADDR（獲取 RCA）

if (HAL_SD_CmdSetRelAdd(&hsd, (uint32_t*)&SDCardInfo.RCA) != HAL_OK) return HAL_ERROR;

// 5) CMD9: SEND_CSD

if (HAL_SD_CmdSendCSD(&hsd, (uint32_t*)&SDCardInfo.CSD) != HAL_OK) return HAL_ERROR;

// 6) CMD7: SELECT/DESELECT_CARD（選中卡）

if (HAL_SD_CmdSelDesel(&hsd, (uint32_t)(SDCardInfo.RCA << 16)) != HAL_OK) return HAL_ERROR;

// 7) CMD13: SEND_STATUS

if (HAL_SD_CmdSendStatus(&hsd, (uint32_t)(SDCardInfo.RCA << 16), &resp) != HAL_OK) return HAL_ERROR;

// 8)讀取 OCR（可選）

if ((status = sd_read_ocr()) != HAL_OK) return status;

// 9)讀取 CSD/CID（可選）

if ((status = sd_get_cid_csd()) != HAL_OK) return status;

// 10)設(shè)置塊長(zhǎng)度為 512（SDSC必要；SDHC/SDXC固定 512B，但某些主機(jī)仍要求）

if (HAL_SD_CmdBlockLength(&hsd, 512) != HAL_OK) return HAL_ERROR;

return HAL_OK;

}

//切換 4-bit總線（初始化后調(diào)用）

HAL_StatusTypeDef sd_switch_4bit(void)

{

uint32_t resp;

// CMD55 + ACMD6（bus width = 2 => 4-bit）

if (HAL_SD_CmdAppCommand(&hsd, 0x00000000, &resp) != HAL_OK) return HAL_ERROR;

if (HAL_SD_CmdAppSetBusWidth(&hsd, 2, &resp) != HAL_OK) return HAL_ERROR;

hsd.Instance->CLKCR |= SDIO_CLKCR_WIDBUS_0; // 4-bit

return HAL_OK;

}

//讀取扇區(qū)

DRESULT sd_disk_read (BYTE pdrv, BYTE *buff, DWORD sector, UINT count)

{

(void)pdrv;

if (disk_status_ != RES_OK) return RES_NOTRDY;

if (HAL_SD_ReadBlocks(&hsd, (uint32_t*)buff, sector, count, 1000000) == HAL_OK) {

//等待傳輸完成

while (HAL_SD_GetCardState(&hsd) != HAL_SD_CARD_TRANSFER) {}

return RES_OK;

}

return RES_ERROR;

}

//寫入扇區(qū)

#if _USE_WRITE == 1

DRESULT sd_disk_write (BYTE pdrv, const BYTE *buff, DWORD sector, UINT count)

{

(void)pdrv;

if (disk_status_ != RES_OK) return RES_NOTRDY;

if (HAL_SD_WriteBlocks(&hsd, (uint32_t*)buff, sector, count, 1000000) == HAL_OK) {

while (HAL_SD_GetCardState(&hsd) != HAL_SD_CARD_TRANSFER) {}

return RES_OK;

}

return RES_ERROR;

}

#endif

// IOCTL

#if _USE_IOCTL == 1

DRESULT sd_disk_ioctl (BYTE pdrv, BYTE cmd, void *buff)

{

(void)pdrv;

DRESULT res = RES_PARERR;

switch (cmd) {

case CTRL_SYNC:

while (HAL_SD_GetCardState(&hsd) != HAL_SD_CARD_TRANSFER) {}

res = RES_OK;

break;

case GET_SECTOR_COUNT:

*(uint32_t*)buff = SDCardInfo.BlockNbr;

res = RES_OK;

break;

case GET_SECTOR_SIZE:

*(uint32_t*)buff = SDCardInfo.BlockSize;

res = RES_OK;

break;

case GET_BLOCK_SIZE:

*(uint32_t*)buff = SDCardInfo.BlockSize; // SD 2.0通常為 512

res = RES_OK;

break;

default:

res = RES_PARERR;

}

return res;

}

#endif

// Disk Status

DSTATUS sd_disk_status (BYTE pdrv)

{

(void)pdrv;

if (disk_status_ == RES_OK) {

if (HAL_SD_GetCardState(&hsd) == HAL_SD_CARD_TRANSFER)

return RES_OK;

else

return STA_NOINIT;

}

return disk_status_;

}

// Disk Initialize

DSTATUS sd_disk_initialize (BYTE pdrv)

{

(void)pdrv;

if (disk_status_ == RES_OK) return RES_OK;

//上電復(fù)位：拉低 DAT3片選（若硬件未處理）

// __HAL_RCC_SDIO_CLK_ENABLE();

// SDIO power on/off sequence per reference manual

if (sd_init_card() == HAL_OK) {

if (sd_switch_4bit() == HAL_OK) {

disk_status_ = RES_OK;

return RES_OK;

}

}

disk_status_ = RES_ERROR;

return RES_ERROR;

}

四、FatFS對(duì)接與使用示例?

diskio.c（最小化對(duì)接）

#include "diskio.h"

#include "ff_gen_drv.h"

#include "sdio_sd.h"

#define SD_DISK_NUM 0

DSTATUS disk_status (BYTE pdrv) { return sd_disk_status(pdrv); }

DSTATUS disk_initialize (BYTE pdrv) { return sd_disk_initialize(pdrv); }

DRESULT disk_read (BYTE pdrv, BYTE *buff, DWORD sector, UINT count) { return sd_disk_read(pdrv, buff, sector, count); }

#if _USE_WRITE

DRESULT disk_write (BYTE pdrv, const BYTE *buff, DWORD sector, UINT count) { return sd_disk_write(pdrv, buff, sector, count); }

#endif

#if _USE_IOCTL

DRESULT disk_ioctl (BYTE pdrv, BYTE cmd, void *buff) { return sd_disk_ioctl(pdrv, cmd, buff); }

#endif

main.c最小示例

#include "ff.h"

#include "sdio_sd.h"

FATFS fs;

FIL f;

FRESULT fr;

UINT bw;

int main(void)

{

HAL_Init();

SystemClock_Config();

MX_GPIO_Init();

MX_SDIO_SD_Init();

//掛載文件系統(tǒng)

fr = f_mount(&fs, "", 1);

if (fr != FR_OK) {

//格式化（首次燒錄或異常時(shí)）

fr = f_mkfs("", FM_ANY, 0, buff, sizeof(buff));

if (fr == FR_OK) fr = f_mount(&fs, "", 1);

}

if (fr == FR_OK) {

fr = f_open(&f, "test.txt", FA_WRITE | FA_CREATE_ALWAYS);

if (fr == FR_OK) {

f_puts("Hello, SD NAND (SDIO 4-bit, SD 2.0)rn", &f);

f_close(&f);

}

}

while (1) {

//主循環(huán)

}

}

五、常見問題與優(yōu)化建議?

初始化失敗

檢查?電源 3.3V穩(wěn)定、去耦充分

確認(rèn)?SDIO引腳復(fù)用與上拉? 正確，DAT3片選邏輯符合

識(shí)別階段?SDIO_CK ≤ 400 kHz，初始化完成后再提速

若卡不支持?ACMD41，可回退到?CMD1?

速度優(yōu)化

初始化成功后調(diào)用?sd_switch_4bit()?，并將?ClockDiv? 調(diào)至芯片手冊(cè)允許的最大值

啟用?SDIO DMA? 與合適的中斷優(yōu)先級(jí)

文件系統(tǒng)

?SDHC? 容量上限?32GB，?SDXC? 為 64GB+；FatFS對(duì)大容量支持良好

若需?中文長(zhǎng)文件名，在 ffconf.h啟用?_USE_LFN=2? 并配置?FF_CODE_PAGE=936?

穩(wěn)定性

長(zhǎng)時(shí)間寫入建議加入?寫緩存/隊(duì)列? 與?掉電檢測(cè)?（GPIO中斷 +緩存落盤）

工業(yè)環(huán)境注意?ESD防護(hù)? 與?TVS，貼片 SD NAND比 TF卡更抗震動(dòng)

以上文件可直接集成到現(xiàn)有 STM32工程，配合 CubeMX生成的初始化代碼即可完成?SD 2.0瀚海微SD NAND? 的穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)與?FATFS? 文件讀寫。

審核編輯 黃宇