SD卡文件讀寫

象棋小子??? 1048272975

SD卡(Secure Digital Memory Card)具有體積小、容量大、數(shù)據(jù)傳輸快、可插拔、安全性好等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于便攜式設(shè)備上。例如作為數(shù)碼相機(jī)的存儲卡，作為手機(jī)、平板多媒體擴(kuò)展卡用的TF卡(micro sd)等等。

1. SD卡概述

SD卡技術(shù)是在MMC卡的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其尺寸與MMC卡一樣，只是比MMC卡厚了0.7mm，因此SD主機(jī)可以識別并存取MMC卡。SD卡接口除了保留MMC卡的7針外，還在兩邊加了2針，作為數(shù)據(jù)線，目的是通過把傳輸方式由串行變成并行，以提高傳輸速率。此時的規(guī)范為SD1.0版本，最高容量只能到4GB。為了跟進(jìn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，SD聯(lián)合協(xié)會在06年發(fā)布了容量更大、存儲更快的下一代SD卡規(guī)范SD2.0。該規(guī)范重新定義了SD卡的速度等級，分為三檔：Class 2、4、6，分別對應(yīng)寫入速度2MB/S、4MB/S、6MB/S。根據(jù)卡容量又分為標(biāo)準(zhǔn)卡(小于2GB)和高容量卡(2GB~32GB)，目前市面上應(yīng)用的SD卡絕大部分都是SD2.0版本的卡。為了讓儲存卡更加迷你，通過SD卡規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，又衍生了MiniSD卡和Micro SD卡，這些卡均比標(biāo)準(zhǔn)SD卡尺寸小，通過SD轉(zhuǎn)接套可以當(dāng)作一般的SD卡使用。尤其是Micro SD卡，可以算是最小的存儲卡了，超小的體積可以極大的節(jié)省消費電子產(chǎn)品內(nèi)部設(shè)計的空間，基本目前的Android手機(jī)均是選用Micro SD卡作為多媒體擴(kuò)展儲存卡。隨著科技的進(jìn)步，SD2.0規(guī)范SD卡也漸漸無法滿足應(yīng)用的需求，在10年SD聯(lián)合協(xié)會又發(fā)布了新的SD3.0規(guī)范，該規(guī)范定義了sdxc和uhs，并增加了Class10，容量范圍為32GB~2TB。在sdxc卡仍需進(jìn)一步坐等其價格下降的情況下，SD4.0規(guī)范已經(jīng)開始在緊張的制訂中，這已超出本文的討論范圍內(nèi)了。

2. SD卡驅(qū)動

SD卡共支持三種傳輸模式：SPI模式、1位SD模式、4位SD模式。所有的SD卡都必須支持較老的SPI/MMC模式，這個模式支持慢速的四線SPI接口，使很多微控制器都可以通過SPI或模擬SPI接口來讀寫SD卡。萬利的LPC5411x開發(fā)板通過SPI接口擴(kuò)展了一個TF卡槽，可以用SPI接口讀寫TF卡。

SD2.0標(biāo)準(zhǔn)定義了物理層相關(guān)規(guī)范以及主機(jī)控制器規(guī)范，SD卡驅(qū)動的編寫必須參考這兩個規(guī)范，遵循標(biāo)準(zhǔn)的SD卡均可以采用統(tǒng)一的軟件驅(qū)動實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問。NXP對于其全系列的芯片提供了sdmmc庫中間件用于支持SD/MMC卡的讀寫，可以在官網(wǎng)下載相應(yīng)的BSP，里面包含sdmmc庫，fsl_sdspi.h/fsl_sdspi.c即為SPI模式訪問SD卡的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動，可以直接應(yīng)用到LPC5411x開發(fā)環(huán)境中。SD卡驅(qū)動最主要實現(xiàn)三個接口，分別是SD卡的識別初始化、SD卡的塊讀、SD卡的塊寫，具體實現(xiàn)可以參考fsl_sdspi.h/fsl_sdspi.c驅(qū)動文件。

3. Fatfs

數(shù)據(jù)往往以文件的形式保存在儲存設(shè)備中，對于SD卡，一般采用的是Fat32文件系統(tǒng)，Fatfs由于其開源免費，支持Fat32，受到了廣泛的應(yīng)用。

Fatfs是由日本工程師ChaN所編寫的Fat文件系統(tǒng)模塊，從06年發(fā)布第一個Fatfs版本開始，作者就從未停止維護(hù)和更新。Fatfs的編寫遵循ANSI C，并且完全與磁盤I/O層分開。它不依賴于硬件架構(gòu)，代碼和工作區(qū)占用空間小，使之可以嵌入到各個低成本的微控制器中，如AVR、8051、PIC、ARM、Z80、68K等。由于SD卡一般使用Fat32文件系統(tǒng)，在使用到SD卡的系統(tǒng)中移植Fatfs，將很好地實現(xiàn)對SD卡文件的管理。

Fatfs模塊完全獨立于磁盤I/O層，因此底層磁盤I/O訪問并不屬于Fatfs的模塊部分，用戶必須自己實現(xiàn)這部分用來訪問存儲設(shè)備。通常在diskio.c中實現(xiàn)這幾個函數(shù)disk_initialize()、disk_status()、disk_read()、disk_wirte()、disk_ioctl()即可，如果使能了OS相關(guān)的特性，則還需額外實現(xiàn)進(jìn)程/內(nèi)存函數(shù)。其中disk_initialize()對應(yīng)SD卡驅(qū)動中的卡識別初始化接口，disk_read()對應(yīng)SD卡的塊讀接口，disk_wirte()對應(yīng)SD卡的塊寫接口。NXP對于其全系列的芯片提供了Fatfs中間件的支持，Fatfs對應(yīng)SD卡驅(qū)動接口的具體實現(xiàn)可以參考BSP中已移植好的Fatfs中間件。

4. 讀寫測試

移植好SD卡驅(qū)動以及Fatfs底層對應(yīng)接口后，就可以用Fatfs應(yīng)用編程接口讀寫SD卡里面的文件。應(yīng)用以2KB大小為讀寫單位，測試讀寫10MB大小文件的平均讀寫速度。

uint8_t TestBuffer[2048];

int main()

{

uint32_t i;

FATFS fs;

FIL file;

FRESULT Res;?????

uint32_t TimeCount;

uint32_t ByteWrite, ByteRead;

?

?/* Board pin, clock, debug console init */

?/*attach 12 MHz clock to FLEXCOMM0 (debug console) */

CLOCK_AttachClk(BOARD_DEBUG_UART_CLK_ATTACH);

/* enable clock for GPIO*/

CLOCK_EnableClock(kCLOCK_Gpio0);

CLOCK_EnableClock(kCLOCK_Gpio1);

?

BOARD_InitPins();

BOARD_BootClockFROHF96M();

BOARD_InitDebugConsole();????

?

Gpio_Init();

?

f_mount(&fs, "4:" , 0);??????

/*

Res = f_mkfs("", 0, 4096);

if (Res != RES_OK) {

?????? PRINTF("f_mkfs error %d\r\n",Res);

?????? while(1);

}

*/

PRINTF("Writing test.bin, file sise10MB\r\n");

?Res= f_open(&file, "4:test.bin", FA_WRITE | FA_CREATE_ALWAYS);

if (Res != RES_OK) {

?????? PRINTF("Createfile failed\r\n");

?????? while(1){

????????????? GPIO_TogglePinsOutput(GPIO,0, 1u << 15);

????????????? Delay_ms(300);????????????????

?????? }

}

for (i=0; i<sizeof(TestBuffer); i++){

?????? TestBuffer[i]= i;

}

TimeCount =timer_get_current_milliseconds();

for (i=0;i<10*1024*1024/sizeof(TestBuffer); i++) {

?????? Res= f_write(&file, &TestBuffer, sizeof(TestBuffer), &ByteWrite);

?????? if(Res != RES_OK) {

????????????? f_close(&file);

????????????? PRINTF("Writefile error\r\n");

????????????? while(1){

???????????????????? GPIO_TogglePinsOutput(GPIO,0, 1u << 15);

???????????????????? Delay_ms(300);

????????????? }

?????? }

}

f_close(&file);

PRINTF("Sd write speed %dKB/s\r\n", 10*1024*1024/(timer_get_current_milliseconds()-TimeCount));

??????

PRINTF("Reading test.bin, file sise10MB\r\n");

Res =?f_open(&file, "4:test.bin", FA_READ | FA_OPEN_EXISTING);

if (Res != RES_OK) {

?????? PRINTF("Openfile failed\r\n");

?????? while(1){

????????????? GPIO_TogglePinsOutput(GPIO,0, 1u << 15);

????????????? Delay_ms(300);

?????? }

}

TimeCount =timer_get_current_milliseconds();

for (i=0;i<10*1024*1024/sizeof(TestBuffer); i++) {

?????? Res= f_read(&file, (unsigned char *)&TestBuffer, sizeof(TestBuffer),&ByteRead);

?????? if(Res != RES_OK) {

????????????? f_close(&file);

????????????? PRINTF("Readfile error\r\n");

????????????? while(1){

???????????????????? GPIO_TogglePinsOutput(GPIO,0, 1u << 15);

???????????????????? Delay_ms(300);

????????????? }

?????? }

}

f_close(&file);

PRINTF("Sd read speed %dKB/s\r\n", 10*1024*1024/(timer_get_current_milliseconds()-TimeCount));

?

while(1) {

?????? GPIO_TogglePinsOutput(GPIO,0, 1u << 15);

?????? Delay_ms(1000);

}

}

讀寫速度測試結(jié)果如下：

SD卡寫速度為872 KB/S，讀速度為1169 KB/S，SD卡通過SPI接口讀寫，SPI時鐘采用FRO 12M時鐘，因此這個讀寫速度是合適的。SD卡讀寫速度跟卡速度等級、數(shù)據(jù)傳輸速率有關(guān)，讀寫多塊要比一塊一塊分多次讀寫快，此處測試一次性讀取8塊(512字節(jié)/塊)，2048字節(jié)，讀寫速度主要受限于SPI的傳輸速率，LPC5411x的SPI接口最高支持48M的時鐘，SPI可以通過采用PLL時鐘、內(nèi)部高速時鐘，進(jìn)一步提高SPI的傳輸速率，從而進(jìn)一步提高SD卡的讀寫速度。

5. 附錄

MDK工程，包含SPI模式的SD驅(qū)動，Fatfs文件系統(tǒng)模塊，SD卡讀寫速度測試應(yīng)用例程。

https://pan.baidu.com/s/1cMz1G6

?

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的SD卡文件读写的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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