基于STM32的SDIO读写SD卡的设计与实现

news2024/11/20 12:37:51

基于STM32微控制器的SDIO（Secure Digital Input Output）读写SD卡的设计和实现，可以分为硬件设计和软件实现两个部分。下面将对这两个部分进行详细说明。

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硬件设计：
1. 硬件连接：
将SDIO引脚连接到STM32微控制器的相应引脚，包括数据线（D0-D3）、命令线（CMD）、时钟线（CLK）、以及SDIO上拉电阻。
此外，还需要添加一个外部上拉电阻连接到SDIO的DAT0线上，并且将SD卡的电源引脚连接到适当的电源线上。

2. 电源电压与信号电平：
通过SD卡供电引脚将电源电压连接到适当的电源线上，并确保电源电压在规格范围内（通常为3.3V）。
SDIO接口使用的信号电平也是3.3V逻辑电平，所以需要外部电平转换电路（如电压级移位器）将STM32微控制器的信号电平与SD卡的信号电平匹配。

3. 时钟设置：
在STM32的RCC寄存器中，配置SDIO时钟源和分频因子，以确定SDIO的时钟频率。

4. 初始化SDIO：
在STM32的相应寄存器中，配置SDIO的工作模式、数据传输宽度等参数。

软件实现：
以下是SD卡读写的基本步骤：

1. 初始化SDIO：
配置SDIO控制器，并使能SDIO时钟。

2. 插入SD卡：
检测SD卡的插入状态，如果插入则继续执行，否则等待SD卡插入。

3. 设置SD卡总线宽度：
根据需要，选择SD卡的数据总线宽度为4位或者1位。

4. 初始化SD卡：
执行SD卡初始化命令（CMD0），发送SD卡底层版本命令（CMD8）等，并检测SD卡的回应。

5. 设置SD卡的工作模式：
选择SD卡工作模式（SD卡或者SDHC卡），并设置扇区大小。

6. 发送读取命令：
执行SD卡读取命令（CMD17）。

7. 读取数据：
通过SDIO接口读取SD卡中的数据。

8. 发送写入命令：
执行SD卡写入命令（CMD24）。

9. 写入数据：
通过SDIO接口将数据写入SD卡。

代码实现示例（基于STM32Cube库）：

```c
#include "stm32xxxx.h"

// 初始化SDIO控制器和SD卡
void SDIO_Init() {
  // SDIO配置
  ...
}

// 发送SD卡命令
void SD_SendCommand(uint8_t cmd, uint32_t argument) {
  // 发送命令
  SDIO->ARG = argument;
  SDIO->CMD = cmd | SDMMC_CMD_CMDEN;
  
  // 等待响应
  while (SDIO->STA & SDMMC_STA_CMDACT);
  while (!(SDIO->STA & (SDMMC_STA_CMDSENT | SDMMC_STA_CTIMEOUT | SDMMC_STA_CCRCFAIL)));
}

// 读取数据块
void SD_ReadBlock(uint32_t sector, uint8_t* buffer) {
  // 设置读取命令
  SD_SendCommand(CMD17, sector);
  
  // 等待数据传输完成
  while (SDIO->STA & SDMMC_STA_RXACT);
  while (!(SDIO->STA & (SDMMC_STA_RXFIFOHF | SDMMC_STA_DATAEND | SDMMC_STA_DCRCFAIL | SDMMC_STA_DTIMEOUT)));
  
  // 读取数据
  for (uint32_t i = 0; i < 512; i+=4) {
    *(uint32_t*)(buffer+i) = SDIO->FIFO;
  }
}

// 写入数据块
void SD_WriteBlock(uint32_t sector, const uint8_t* buffer) {
  // 设置写入命令
  SD_SendCommand(CMD24, sector);
  
  // 等待数据传输完成
  while (SDIO->STA & SDMMC_STA_TXACT);
  while (!(SDIO->STA & (SDMMC_STA_TXFIFOHE | SDMMC_STA_DATAEND | SDMMC_STA_DCRCFAIL | SDMMC_STA_DTIMEOUT)));
  
  // 写入数据
  for (uint32_t i = 0; i < 512; i+=4) {
    SDIO->FIFO = *(uint32_t*)(buffer+i);
  }
}

int main() {
  // 初始化SDIO控制器
  SDIO_Init();
  
  // 读取数据块
  uint8_t buffer[512];
  SD_ReadBlock(0, buffer);
  
  // 写入数据块
  const uint8_t data[512] = {0xFF};
  SD_WriteBlock(0, data);
  
  while (1) {}
}
```

以上是基于STM32的SDIO读写SD卡的设计与实现的一个简单示例，具体实现可以根据实际需求进行适当的调整和优化。