STM32CubeMX教程28 SDIO - 使用FatFs文件系统读写SD卡

1、准备材料

正点原子stm32f407探索者开发板V2.4

STM32CubeMX软件（Version 6.10.0）

keil µVision5 IDE（MDK-Arm）

ST-LINK/V2驱动

野火DAP仿真器

XCOM V2.6串口助手

2、实验目标

使用STM32CubeMX软件配置STM32F407开发板SDIO使用FatFs中间件读写4线SD卡，并实现以轮询方式读写SD卡或以DMA方式读取SD卡

3、FatFs轮询读取SD卡流程

3.0、前提知识

FatFs文件系统相关知识请读者阅读STM32CubeMX教程26 FatFs 文件系统 - W25Q128读写实验”3.0、前提知识“、"3.2.1、外设初始化调用流程"和"3.2.3、添加其他必要代码"三个小节内容

SD卡及SDIO接口相关知识请读者阅读STM32CubeMX教程27 SDIO - 读写SD卡实验”3.0、前提知识“小节内容

3.1、CubeMX相关配置

3.1.0、工程基本配置

打开STM32CubeMX软件，单击ACCESS TO MCU SELECTOR选择开发板MCU（选择你使用开发板的主控MCU型号），选中MCU型号后单击页面右上角Start Project开始工程，具体如下图所示

开始工程之后在配置主页面System Core/RCC中配置HSE/LSE晶振，在System Core/SYS中配置Debug模式，具体如下图所示

详细工程建立内容读者可以阅读“STM32CubeMX教程1 工程建立”

3.1.1、时钟树配置

按照STM32CubeMX教程27 SDIO - 读写SD卡实验配置，主锁相环参数Q配置为7，48MHz时钟频率配置为48MHz，其余时钟频率均设置为其能达到的最高频率，具体如下图所示

3.1.2、外设参数配置

本实验需要初始化开发板上WK_UP、KEY2、KEY1和KEY0用户按键，具体配置步骤请阅读“STM32CubeMX教程3 GPIO输入 - 按键响应”

本实验需要初始化USART1作为输出信息渠道，具体配置步骤请阅读“STM32CubeMX教程9 USART/UART 异步通信”

本实验对SDIO的初始化配置与上一实验STM32CubeMX教程27 SDIO - 读写SD卡3.1小节一致，无需做任何修改，只需要增加本实验需要的中间件FatFs即可

单击Pinout ＆ Configuration页面左边功能分类栏目最下面的Middleware and SoftwarePacks，单击其中FatFs，在右侧模式设置中选择SD卡，下方的Configuration中参数大多保持默认即可，需要使用到的时候可以再修改

对Set Defines页面的参数不理解的读者，请阅读STM32CubeMX教程26 FatFs 文件系统 - W25Q128读写实验"3.1.2、外设参数配置"小节，这里只需将 CODE_PAGE 参数配置为简体中文即可，具体配置如下图所示

在Advanced Settings配置页面中，参数 SDIO instance 只可选SDIO，无SPI选项，因为STM32F407的SDIO接口不支持SPI；当SDIO配置了DMA时，如果希望FatFs使用SDIO的DMA，那么可以将参数 Use dma template 配置为Enable；参数 BSP code for SD 不可选，只能为通用模式

在Platform Settings配置页面中，需要配置SD卡的插入检测引脚 Detect SDIO ，如果不配置该参数，则默认认为SD卡插在SD卡槽中，并且在生成工程代码时也会出现警告，这里由于硬件上并不支持插入检测因此并未配置该选项，警告内容如下图所示

3.1.3、外设中断配置

FatFs轮询读取SD卡无需配置任何中断

3.2、生成代码

3.2.0、配置Project Manager页面

单击进入Project Manager页面，在左边Project分栏中修改工程名称、工程目录和工具链，然后在Code Generator中勾选“Gnerate peripheral initialization as a pair of 'c/h' files per peripheral”，最后单击页面右上角GENERATE CODE生成工程，具体如下图所示

详细Project Manager配置内容读者可以阅读“STM32CubeMX教程1 工程建立”实验3.4.3小节

3.2.1、外设初始化调用流程

SDIO外设初始化调用流程请读者阅读STM32CubeMX教程27 SDIO - 读写SD卡实验对应小节

FatFs文件系统初始化调用流程请阅读STM32CubeMX教程26 FatFs 文件系统 - W25Q128读写实验对应小节

在之前STM32CubeMX教程26 FatFs 文件系统 - W25Q128读写实验中笔者提到过，对于Extemal SRAM、SD Card和USB Disk这三种固定类型的存储，则无需用户在App文件夹和Target文件夹中重新实现FatFs的底层IO读写等操作函数，CubeMX生成的工程代码中会自动实现

将本实验生成的工程代码与STM32CubeMX教程26 FatFs 文件系统 - W25Q128读写实验做对比，可以发现，FatFs在Target目录下多生成了一个名为bsp_driver_xxx.c的文件，如下图所示

该bsp_driver_xxx.c文件就是将对应内存设备底层读写等操作函数进行了封装，同时在sd_diskio.c文件中，本该在移植FatFs时由用户自己手动实现的初始化、状态、读/写和IO控制等函数也被直接调用了bsp_driver_xxx.c里的函数进行了自动实现，无需用户的任何操作，极为方便

这部分实现的原始代码读者可以自行生成工程查看，也可以和STM32CubeMX教程26 FatFs 文件系统 - W25Q128读写实验中笔者手动实现的几个函数做对比，更加容易发现其中共性

3.2.2、外设中断调用流程

FatFs轮询读取SD卡无配置任何中断

3.2.3、添加其他必要代码

STM32CubeMX工程生成工程代码后，读者应注意手动修改MX_SDIO_SD_Init()函数中SD卡数据总线宽度从默认的4位手动修改为1位，否则SD卡将初始化失败

在生成的工程代码中增加使用FatFs库中API进行文件操作的函数，包括挂载文件系统、显示SD卡信息、读/写TXT文件、获取文件信息、扫描文件列表和删除文件等函数，笔者将其封装在了file_operate.c / file_operate.h文件中，具体的源代码如下所示

file_operate.c文件

与STM32CubeMX教程26 FatFs 文件系统 - W25Q128读写实验中实现的file_operate.c文件一致，除了测试写的函数FatFs_WriteTXTFile()中写入SD卡的内容修改为了“Line1: Hello, FatFs***\n”

file_operate.h文件

与STM32CubeMX教程26 FatFs 文件系统 - W25Q128读写实验中实现的file_operate.h文件一致，除了下面三个宏定义需要修改为本实验的SD卡相关内容，修改内容如下所示

/*定义自己的存储设备*/
/*用户存储设备扇区字节数*/
#define User_Sector 512
/*用户存储设备FatFs对象*/
#define User_FatFs 	SDFatFS
/*用户存储设备卷路径*/
#define User_SDPath SDPath

向工程中添加.c/.h文件的步骤请阅读“STM32CubeMX教程19 I2C - MPU6050驱动”实验3.2.3小节

在main.c文件中添加 ”file_operate.h“ 头文件，然后在主函数 main() 中添加文件系统挂载函数及按键控制逻辑函数，具体源代码与STM32CubeMX教程26 FatFs 文件系统 - W25Q128读写实验中实现的一模一样，无需任何修改

4、烧录验证

烧录程序，开发板上电后会尝试在SD卡上挂载文件系统，挂载成功后会输出读取到的SD卡的信息，接下来按照下面几个步骤使用FatFs文件系统对SD卡进行读写等测试

1. 按下开发板上的WK_UP按键，扫描SD卡根目录下所有文件，并通过串口将文件列表输出
2. 按下开发板上的KEY2按键，在SD卡根目录创建一个”test.txt“文件，将一个字符串”Line1: Hello, FatFs***“写入该文件中，该字符串大小为24个字节（该字符串中有2个空格，末尾包括一个’\n‘和一个‘\0'）
3. 按下开发板上的KEY1按键，读取SD卡根目录下名为”test.txt“的文件，将其中的内容通过串口输出，然后读取该文件的信息（大小，属性，名称），并通过串口输出
4. 按下开发板上的KEY0按键，删除SD卡根目录下名为”test.txt“的文件

整个实验过程串口具体的输出情况如下图所示

5、FatFs DMA读写SD卡流程简述

5.1、CubeMX相关配置

参考上一实验STM32CubeMX教程27 SDIO - 读写SD卡的”6.1、CubeMX相关配置“小节对SDIO的DMA进行配置，具体如下图所示

在System Core/NVIC中勾选SDIO全局中断、DMA2 stream3 全局中断和 DMA2 stream6 全局中断，然后选择合适的中断优先级即可，如下图所示

最后只需在FatFs的Configuration页面Advanced Settings选项卡中将参数 Use dma template 修改为Enable即可，具体如下图所示

5.2、生成代码

修改STM32CubeMX工程重新生成工程代码后，读者应注意再次手动修改MX_SDIO_SD_Init()函数中SD卡数据总线宽度从默认的4位手动修改为1位

除了上述修改外，在轮询读取SD卡基础上生成的代码无需做任何改动，可以直接编译后烧录到开发板上，程序应该直接可以运行，不需要额外添加任何代码

启用SDIO的DMA之后，对应生成的bsp_driver_xxx.c文件中所有的以轮询方式读写等操作SD卡的底层驱动函数都将被相应的替换为以DMA的方式对SD卡进行读写等操作的底层驱动函数，如下图所示以sd_diskio.c文件中的读函数为例简单展示区别

5.3、烧录验证

FatFs DMA读写SD卡的实验现象与FatFs 轮询读取SD卡的实验现象一致，只不过底层SDIO读写SD卡的方式由轮询读写修改为了以DMA方式的读写，对上层FatFs应用无任何影响

6、常用函数

请读者阅读STM32CubeMX教程26 FatFs 文件系统 - W25Q128读写实验 ”常用函数“ 小节

参考资料

STM32Cube高效开发教程（高级篇）