一、題目要求

掌握SD卡協議原理，用STM32F103完成對SD卡的資料讀取（fat檔案模式），

二、SD卡協議原理

1、SD卡簡述

很多單片機系統都需要大容量存盤設備，以存盤資料，目前常用的有 U 盤，FLASH 芯片，SD 卡等，他們各有優點，綜合比較，最適合單片機系統的莫過于 SD 卡了，它不僅容量可以做到很大（32GB 以上），支持 SPI/SDIO 驅動，而且有多種體積的尺寸可供選擇（標準的 SD 卡尺寸，以及 TF 卡尺寸等），能滿足不同應用的要求，
只需要少數幾個 IO 口即可外擴一個高達 32GB 以上的外部存盤器，容量從幾十 M 到幾十G 選擇尺度很大，更換也很方便，編程也簡單，是單片機大容量外部存盤器的首選，

2、SD卡物理結構

一般SD卡包括有存盤單元、存盤單元介面、電源檢測、卡及介面控制器和介面驅動器 5個部分，

• 存盤單元是存盤資料部件，存盤單元通過存盤單元介面與卡控制單元進行資料傳輸；
• 電源檢測單元保證SD卡作業在合適的電壓下，如出現掉電或上狀態時，它會使控制單元和存盤單元介面復位；
• 卡及介面控制單元控制SD卡的運行狀態，它包括有8個暫存器； 介面驅動器控制SD卡引腳的輸入輸出，

3、SD卡暫存器

SD卡總共有8個暫存器，用于設定或表示SD卡資訊，
這些暫存器只能通過對應的命令訪問，SDIO定義64個命令，每個命令都有特殊意義，可以實作某一特定功能，SD卡接收到命令后，根據命令要求對SD卡內部暫存器進行修改，程式控制中只需要發送組合命令就可以實作SD卡的控制以及讀寫操作，

4、SD卡操作模式

SD卡一般都支持 SDIO 和 SPI 這兩種介面，
其中SD卡模式的信號線有：CLK、CMD、DAT0-DAT3，6根線，
SPI模式的信號線有：CS、CLK、MISO（DATAOUT）、MOSI(DATAIN),4根線，
SD卡的命令格式：命令CMD0就是0，CMD16就是16，以此類推，
SD卡的命令總共有12類，下表為幾個比較重要的命令：

5、SD卡初始化(SPI模式)

SPI操作模式下：在SD卡收到復位命令時，CS為有效電平（低電平），則SPI模式被啟用，在發送CMD之前要先發送74個時鐘，64個為內部供電上升時間，10個用于SD卡同步；之后才能開始CMD操作，在初始化時CLK時鐘不能超過400KHz，

1、初始化與SD卡連接的硬體條件（MCU的SPI配置，IO口配置）；

2、上電延時（>74個CLK）；

3、復位卡（CMD0），進入IDLE狀態；

4、發送CMD8，檢查是否支持2.0協議；

5、根據不同協議檢查SD卡（命令包括：CMD55、CMD41、CMD58和CMD1等）；

6、取消片選，發多8個CLK，結束初始化

這樣我們就完成了對SD卡的初始化，注意末尾發送的8個CLK是提供SD卡額外的時鐘，完成某些操作，通過SD卡初始化，我們可以知道SD卡的型別（V1、V2、V2HC或者MMC），在完成了初始化之后，就可以開始讀寫資料了，

6、SD卡讀取與寫入(SPI模式)

1、發送CMD17；
2、接收卡回應R1；
3、接收資料起始令牌0XFE；
4、接收資料；
5、接收2個位元組的CRC，如果不使用CRC，這兩個位元組在讀取后可以丟掉，
6、禁止片選之后，發多8個CLK；

以上就是一個典型的讀取SD卡資料程序，SD卡的寫于讀資料差不多，寫資料通過CMD24來實作，具體程序如下：

1、發送CMD24;
2、接收卡回應R1；
3、發送寫資料起始令牌0XFE；
4、發送資料；
5、發送2位元組的偽CRC；
6、禁止片選之后，發多8個CLK；

以上就是一個典型的寫SD卡程序，

三、實驗操作

1、硬體準備

SD卡模塊及SD卡

內部結構：

2、連線

3、HAL庫配置

因為STM32要連接SD卡模塊，所以我們要進行相應配置，




之后匯出即可，

4、代碼分析

完整工程代碼如下（hal庫版本）
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1YxLpaIM6HMQ4d_9yh4M4ww
提取碼：276d

針對main主函式進行分析

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */
  /* USER CODE END 1 */
  /* MCU Configuration---------------------------------------------------*/
  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();
  /* USER CODE BEGIN Init */
  /* USER CODE END Init */
  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();
  /* USER CODE BEGIN SysInit */
  /* USER CODE END SysInit */
  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_SPI1_Init();
  MX_FATFS_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
	HAL_UART_Receive_IT(&huart1,&aRxBuffer1,1); 	//enable uart	
	printf(" main \r\n");
	Get_SDCard_Capacity();	//得到使用記憶體并選擇格式化
  /* USER CODE END 2 */
  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
		WritetoSD(WriteBuffer,sizeof(WriteBuffer));		
		HAL_Delay(500);
		WriteBuffer[0] = WriteBuffer[0] +10;
		WriteBuffer[1] = WriteBuffer[1] +10;
		write_cnt ++;
		while(write_cnt > 10)
		{	
			printf(" while \r\n");
			HAL_Delay(500);
		}		
    /* USER CODE END WHILE */
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

說明：


這里我們看下write_cnt初始定義的值，計算寫入次數回圈要求，
（在main.c檔案頭部）
從0開始，write_cnt=0，因此要寫入超過11次，之后不再寫入內容，
寫入函式WritetoSD

void WritetoSD(BYTE write_buff[],uint8_t bufSize)
{
	FATFS fs;
	FIL file;
	uint8_t res=0;
	UINT Bw;	
	res = SD_init();		//SD卡初始化
	if(res == 1)
	{
		printf("SD卡初始化失敗! \r\n");		
	}
	else
	{
		printf("SD卡初始化成功！ \r\n");		
	}
	res=f_mount(&fs,"0:",1);		//掛載
//	if(test_sd == 0)		//用于測驗格式化
	if(res == FR_NO_FILESYSTEM)		//沒有檔案系統，格式化
	{
//		test_sd =1;				//用于測驗格式化
		printf("沒有檔案系統! \r\n");		
		res = f_mkfs("", 0, 0);		//格式化sd卡
		if(res == FR_OK)
		{
			printf("格式化成功! \r\n");		
			res = f_mount(NULL,"0:",1); 		//格式化后先取消掛載
			res = f_mount(&fs,"0:",1);			//重新掛載	
			if(res == FR_OK)
			{
				printf("SD卡已經成功掛載，可以進進行檔案寫入測驗!\r\n");
			}	
		}
		else
		{
			printf("格式化失敗! \r\n");		
		}
	}
	else if(res == FR_OK)
	{
		printf("掛載成功! \r\n");		
	}
	else
	{
		printf("掛載失敗! \r\n");
	}	
	res = f_open(&file,SD_FileName,FA_OPEN_ALWAYS |FA_WRITE);
	if((res & FR_DENIED) == FR_DENIED)
	{
		printf("卡存盤已滿，寫入失敗!\r\n");		
	}
	f_lseek(&file, f_size(&file));//確保寫詞寫入不會覆寫之前的資料
	if(res == FR_OK)
	{
		printf("打開成功/創建檔案成功！ \r\n");		
		res = f_write(&file,write_buff,bufSize,&Bw);		//寫資料到SD卡
		if(res == FR_OK)
		{
			printf("檔案寫入成功！ \r\n");			
		}
		else
		{
			printf("檔案寫入失敗！ \r\n");
		}		
	}
	else
	{
		printf("打開檔案失敗!\r\n");
	}	
	f_close(&file);						//關閉檔案		
	f_mount(NULL,"0:",1);		 //取消掛載
}

從寫入函式中，我們可以知道，針對SD卡檔案的每個步驟，我們都進行了相應的欄位輸出，來具體判斷究竟進行到了什么地步，

5、實驗結果分析

最開始，要么初始化失敗，要么沒反應，要么初始化成功之后沒反應，各種情況吧，

之后改變了接線電壓，SD卡模塊接5v，STM32也接了5v，還是失敗，
然后重新接線，換成了新的杜邦線，然后就成功了，只能說這個實驗很玄學

就很禿然

然后打開sd卡確實看到了hello文本檔案寫入了內容，
這里有兩個情況
我最開始在SD卡下建立了hello.txt檔案（里面最開始寫了數字1），因為擔心初始化不成功，然后SD卡寫入成功后，SD卡內容是這樣的：

之后，我把hello.txt檔案刪了，看看SD卡能不能自己建立一個txt文本檔案：

果然是成功的，而且內容是一樣的，
然后分析一下串口收到的內容：

可以證明，確實寫入次數超過11次后，會不斷回傳while值，而txt文本里有11行內容，之后也不會再寫入了，

四、總結

為了讓這個實驗成功還是花費了蠻多的時間，做實驗可能就是這樣的跌宕起伏，畢竟人生不如意十有八九，八九才是大多數，

整個實驗操作很簡單，了解了SPI協議，按部就班去做，并不難實作，但是很容易卡死在初始化的環節，線務必接好，接觸不良就很容易失敗，多按壓一下板子也會有用可能，

祝各位好運，

參考

[1] https://blog.csdn.net/m0_53089598/article/details/121985861

[2] https://blog.csdn.net/lqmlmo/article/details/80830082

[3] https://blog.csdn.net/fengxiaocheng/article/details/81411117