[嵌入式]STM32F429 sdio 虚拟文件系统

本文主要介绍SD卡虚拟文件系统的配置，包括rtthread和裸板移植
rtthread包括手动添加系统文件和env自动配置两种方法
裸板是通过STM32CubeMX配置
最终都实现了SD卡的挂载和文件读写

一.rtthread

1.介绍

rt thread(后面简称rtt)中mmcsd架构如下图所示。
最上面一层还是rtt的设备驱动框架
第二层是mmcsd的块设备层，这里主要描述了sd或者mmc卡的块设备行为。但实际上在block_dev.c里没有太多复杂的操作，仅仅只是转发上层发过来的命令给下层
第三层是mmcsd的sd层，当然如果用的是mmc卡，那么这一层对应的是mmc.c。本文用sd卡做演示，所以选的sd.c。这一层主要描述了sd卡的行为，实现了部分SD卡的协议
第四层是mmcsd的core层，主要实现了MMC和SD中的通用协议以及mmcsd_detect线程。
最底层是芯片驱动层，最终所有的操作都要落实到controller的操作上。
原文链接：https://blog.csdn.net/u011280717/article/details/112777446

SD卡虚拟文件系统是在我之前的SPI虚拟文件系统的基础上做的，所以只会介绍SD卡配置部分，DFS配置跟之前的一样就不详细介绍了。

2.手动添加文件

2.1添加驱动文件

2.2.添加头文件

2.3.添加配置

rtconfig.h中添加SDIO相关配置

#define RT_USING_SDIO
#define RT_SDIO_STACK_SIZE 512
#define RT_SDIO_THREAD_PRIORITY 15
#define RT_MMCSD_STACK_SIZE 1024
#define RT_MMCSD_THREAD_PREORITY 22
#define RT_MMCSD_MAX_PARTITION 16
#define BSP_USING_SDIO

3.env自动添加文件

打开SD相关配置

打开硬件相关配置

打开文件系统配置

4.验证

虽然有报错，switching card to high speed failed!
我也不知道为什么，但是块设备已经有了，接下来对块设备进行挂载

5.挂载两个设备

程序实现了两种挂载，SPIFlash和SD卡挂载，不能同时都挂载在根目录下，所以先挂载SPI，然后建一个文件夹，在文件夹里挂载SD卡内容

新建一个文件thread_sdio.c

list_device发现有两个块设备

w25q256_mount先挂载SPI，ls可以看见文件

mkdir SD创建文件夹SD
cd SD进入文件夹SD
sd0_mount挂载SD卡

可以看到挂载成功，可以看见SD卡信息

6.读写文件

此部分只操作了SD卡，所以SD卡挂载在根文件系统下，方便操作

#include <rtthread.h>
#include <rtdevice.h>
#include <dfs_fs.h>
#include <dfs_posix.h>

void sd0_mount(void)
{
    rt_device_t dev;
    dev = rt_device_find("sd0");
    if(dev != RT_NULL) 
		{
        if(dfs_mount("sd0", "/", "elm", 0, 0) == 0)
		    {
            rt_kprintf("sd card mount to SD!\n");
        } 
		    else {
            rt_kprintf("sd card mount to SD failed!\n");
        }
    }		
}
MSH_CMD_EXPORT(sd0_mount, sd0 mount);

void sd0_unmount(void)
{
    rt_device_t dev;
    dev = rt_device_find("sd0");
    if(dev != RT_NULL) {
    if(dfs_unmount("/") == 0){
            rt_kprintf("sd card unmount to SD!\n");
        } else {
            rt_kprintf("sd card unmount to SD failed!\n");
        }
    }
}
MSH_CMD_EXPORT(sd0_unmount, sd0 unmount);

void sd0_readwrite(void)
{
		DIR *dirp;	
	  int fd; 
	  uint8_t rtext[100];  
	  uint8_t wtext[] = "hello";
    struct dirent *d;	
	
		dirp = opendir("/MUSIC");
	  if (dirp == RT_NULL)
    {
       rt_kprintf("open directory error!\n");
    }
    else
    {
     /* 读取目录 */
       while ((d = readdir(dirp)) != RT_NULL)
       {
          rt_kprintf("found %s\n", d->d_name);
       }
    }
	fd = open("hello.txt",  O_RDWR|O_APPEND);
    uint8_t n_write = write(fd,wtext,sizeof(wtext)-1);
    if(n_write > 0)
    {
      rt_kprintf("write %d byte to file\n",n_write);
    }

		lseek(fd,0,SEEK_SET);//光标回到文件头

		if(read(fd,rtext,sizeof(rtext)) > 0)
		{
				rt_kprintf("read hello.txt sucess\r\n");
				rt_kprintf("hello.txt = %s\r\n",rtext);
		}			
    close(fd);									
	  closedir(dirp);		
}
MSH_CMD_EXPORT(sd0_readwrite, sd0 read write);

注意：

打开文件后，先写入文件内容，再读文件内容，必须加lseek(fd,0,SEEK_SET)，让光标回到文件头的位置读取文件，否则无法读取文件；
写文件时，注意写入字符大小，为sizeof()-1，sizeof会有结束符号，导致读取文件时，只能读取结束符前的内容

问题：

这个地方的转高速失败不知道为什么？

二、STM32CubeMX

1.时钟配置

卡时钟（SDIO_CK ）：每个时钟周期在命令和数据线上传输 1 位命令或数据。
对于多媒体卡 V3.31 协议，时钟频率可以在 0MHz 至 20MHz 间变化；
对于多媒体卡 V4.0/4.2 协议，时钟频率可以在 0MHz 至 48MHz 间变化；
对于 SD 或 SD I/O 卡，时钟频率可以在 0MHz 至 25MHz间变化。
SDIO适配器时钟（ SDIOCLK ）：该时钟用于驱动 SDIO 适配器，其频率等于 AHB 总线频率（ HCLK ），并用于产生 SDIO_CK 时钟。 AHB 总线接口时钟（ HCLK/2 ）：该时钟用于驱动 SDIO 的 AHB 总线接口，其频率为HCLK/2 。
前面提到，我们的SD 卡时钟（ SDIO_CK ），根据卡的不同，可能有好几个区间，这就涉及到时钟频率的设置，
SDIO_CK 与SDIOCLK 的关系为： SDIO_CK=SDIOCLK/(2+CLKDIV) 其中，SDIOCLK 为 HCLK ，一般是 168Mhz，而 CLKDIV 则是分配系数，可以通过 SDIO的 SDIO_CLKCR 寄存器进行设置（确保 SDIO_CK 不超过卡的最大操作频率）。 在SD 卡刚刚初始化的时候，其时钟频率（ SDIO_CK ）是不能超过 400Khz的，否则可能无法完成初始化。在初始化以后，就可以设置时钟频率到最大了（但不可超过 SD卡的最大操作时钟频率）。 注：当配置完发现无法moutSD卡，可以尝试加大CLKDIV值

SDIO_CK=SDIOCLK/(2+CLKDIV) =168/(2+5)=24Mhz，不知道算的对不对

2.SDIO

使能SDIO中断，这里的中断优先级默认不是5的，不知道需不需更改

需要配置DMA，否则后面配置FATFS无法运行，FreeRTOS也强制要求使用DMA

3.FATFS

Fatfs基本都是使用默认值

生成工程之前还要修改Project Manager->Project->Linker Setting中的最小堆栈大小，堆栈大小根据需求修改，但是太小就会无法挂载SD卡或者读写时失败，基本上默认值都是无法正常运行的

到这里就可以生成工程，测试一下SD卡是否正常，生成工程会有如下警告，可以忽略

4.代码

main函数中添加代码

#include "ff.h"

FATFS fs;                 // Work area (file system object) for logical drive
FIL fil;                  // file objects
  
uint32_t byteswritten;                /* File write counts */
uint32_t bytesread;                   /* File read counts */
uint8_t wtext[] = "ok"; /* File write buffer */
uint8_t rtext[100];                     /* File read buffers */
char filename[] = "/MUSIC/hello.txt";

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */
 	DIR picdir;	 		//图片目录
  /* 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_DMA_Init();
  MX_DMA2D_Init();
  MX_FMC_Init();
  MX_LTDC_Init();
  MX_SDIO_SD_Init();
  MX_FATFS_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
	LTDC_Display_Dir(0);//默认竖屏
	LTDC_Select_Layer(0);//选择第1层
  LTDC_Clear(BLACK);
	POINT_COLOR=RED;	  
	LCD_ShowString(10,40,460,32,32,"Apollo STM32F429IABCDEFGHIJKLMN"); 	
	LCD_ShowString(10,80,240,24,24,"LTDC TEST");
	LCD_ShowString(10,110,240,16,16,"ATOM@ALIENTEK");    					 
	LCD_ShowString(10,130,240,16,16,"2021/7/6");	  

 	if(SD_Init())//检测不到SD卡
	{
		LCD_ShowString(10,150,200,16,16,"SD Card Error!");
		delay_ms(500);					
		LCD_ShowString(10,150,200,16,16,"Please Check! ");
		delay_ms(500);
	}
	else
	{
		LCD_ShowString(10,150,200,16,16,"SD Card Sucess!");
		delay_ms(500);					
	}
	
  if(f_mount(&fs, "0:", 1))//挂载文件
     LCD_ShowString(10,170,200,16,16,"mount error");
  else
	{
     LCD_ShowString(10,170,200,16,16,"mount sucess");
 	   if(f_opendir(&picdir,"0:/MUSIC"))//打开文件夹MUSIC	    
		    LCD_ShowString(10,190,240,16,16,"OPEN DIR ERROR!");			  
	   else
		 {			 
		    LCD_ShowString(10,190,240,16,16,"OPEN DIR SUCESS!");	
        if(f_open(&fil, filename, FA_OPEN_APPEND|FA_WRITE|FA_READ))//打开文件
           LCD_ShowString(10,210,200,16,16,"open file error ");
        else
				{
           LCD_ShowString(10,210,200,16,16,"open file sucess");	
					 if(f_write(&fil, wtext, sizeof(wtext)-1, (UINT*)&byteswritten))//写入文件内容
              LCD_ShowString(10,230,200,16,16,"write error!!!");
           else
              LCD_ShowString(10,230,200,16,16,"write sucess!!!");					 
					 f_lseek(&fil,0);
           if(f_read(&fil, rtext, sizeof(rtext), (UINT*)&bytesread))//读取文件内容
             LCD_ShowString(10,250,200,16,16,"read error!!!");
           else
           {
             LCD_ShowString(10,250,200,16,16,"read sucess!!!");
             LCD_ShowString(10,270,460,16,16,rtext);
           }
					 f_close(&fil);
				}			
        f_closedir(&picdir);		
			}		 	
	}
/* 卸载文件系统 */ 
  f_mount(NULL, "0:", 0);
//for(int i=0;i<26;i++)
//{
//		LCD_ShowString(10,270+i*20,460,16,16,"AA");
//}
	
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

sdio.c中添加代码

//SD卡初始化
//返回值:0 初始化正确；其他值，初始化错误
u8 SD_Init(void)
{
    u8 SD_Error;
    SD_Error=HAL_SD_Init(&hsd);
    if(SD_Error!= 0) return 1;
    
    SD_Error=HAL_SD_ConfigWideBusOperation(&hsd,SDIO_BUS_WIDE_4B);//使能宽总线模式
    if(SD_Error!= 0) return 2;
    return 0;
}

可以把屏幕显示换成串口打印