背景

在本系列的前两篇文章（
使用vscode + gcc进行 STM32 单片机开发（一）编译及调试
使用vscode + gcc进行 STM32 单片机开发（二）gcc环境移植rtthread）

的基础上，我想再多写一点，一方面是想试试vscode环境开发STM32到底怎么样；另一方面是在和同事的私下讨论的时候，讨论到STM32的SD卡不怎么好用。

综上所示，本文主要描述的是在vscode + gcc的环境下，配合rt-thread RTOS系统，实现STM32的SD卡读写及文件系统的移植，并给出最终的SD卡读写速率测试结果。

开始

废话少说，言归正传。下面开始我们的移植工作。

准备工作

先准备一下：

硬件环境：
- 一块STM32开发板，带SD卡接口。
- 一张SD卡

软件环境：
- 本系列的前两篇文章所搭建的vscode + gcc + rtthread开发环境

第一步：在STM32CubeMX中开启SD卡接口

直接点点点就行了，如下图所示：

选择 Connectivity - SDMMC1, 选择 SD 4 bits Wide bus，下面开启NVIC中断。

这里有个比较关键的参数 SDMMC clock divide factor，指的是SD卡硬件接口的时钟分频参数，此参数决定最终的时钟频率。
根据SD卡接口的官方文档，可以查阅到其频率一般为1MHz~50MHz。所以这里我们后面再根据实际情况动态的调整。

设置完成，生成代码 OK

这一步完成后，我们既可以简单的实现往SD卡里面读写二进制的数据了。但是绝大多数情况下，我们往SD卡读写的都是以文件的形式，文件是有格式的二进制数据。所以接下来我们开始第二步。

第二步：移植文件系统

文件系统的概念这里不再累述，请自行查阅。这里我们选择移植FATFS文件系统，官方网站为：http://elm-chan.org/fsw/ff/00index_e.html。

这是好奇的同学就要问了，为什么你直接就选了FATFS呢？为什么不选其他类似于 NTFS、Ext这些文件系统呢?
我的回答是：因为我查了一圈资料，就只查到了FATFS的移植文档，其他文件系统我连源码都没找到 /汗

首先我们去上述的官网上下载FATFS的源码，一共就6、7个C文件和H文件。下载后随意在项目里面找个顺眼的位置放着，等下把这个位置加到makefile里面进行编译。

这里我放到了 Core/Src目录下，如下图所示：
接下来把源文件和头文件加到Makefile里面去，这里需要你稍微去学习一下makefile，有很多种方法都可以添加，我这里随便选择一种，代码如下所示：

OBJECTS += Core/Src/ff14b/source/diskio.o Core/Src/ff14b/source/ff.o Core/Src/ff14b/source/ffsystem.o Core/Src/ff14b/source/ffunicode.o \Core/Src/sd_card_speed.o
C_INCLUDES += -ICore/Src/ff14b/source \

ok，接下来进行编译。

不出意外的话，你会编译失败，报错部分函数未定义。这是当然的咯，上述我们只是下载了FATFS源码而已，还没有和STM32的SD卡读写函数进行对接（移植）。

因此接下来我们进行移植。

根据报错提示，我们打开 diskio.c这个文件，参考官方的移植指南http://elm-chan.org/fsw/ff/doc/appnote.html#port。做填空题，把里面的函数填上STM32的SD卡相关读写函数。

根据实际情况不同，这里的函数实现都不同，下面我给一个我的写法：

disk_status函数：如下图所示，根据GPIO9的状态（我的开发板上是这个引脚）判断SD卡是否插入

STATUS disk_status (BYTE pdrv        /* Physical drive nmuber to identify the drive */
)
{DSTATUS stat;int result;GPIO_PinState card_det_pin;switch (pdrv) {case DEV_RAM :card_det_pin = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOG, GPIO_PIN_9);result = (card_det_pin == GPIO_PIN_RESET);// translate the reslut code herestat = (result ? 0 : STA_NODISK);return stat;case DEV_MMC ://result = MMC_disk_status();// translate the reslut code herereturn STA_NODISK;case DEV_USB ://result = USB_disk_status();// translate the reslut code herereturn STA_NODISK;}return STA_NOINIT;
}

disk_initialize函数：无需改动
disk_read函数：如下图所示，先声明一段DMA的buffer，buffer制定一个“段名”.dma，这样的话后续在编译时，可以根据.dma这个段名，把buffer强制固定到特定的内存段上。这是因为STM32H7系列，有多个RAM内存地址，分别为:

DTCMRAM (xrw) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 128K
RAM_D1 (xrw) : ORIGIN = 0x24000000, LENGTH = 512K
RAM_D2 (xrw) : ORIGIN = 0x30000000, LENGTH = 288K
RAM_D3 (xrw) : ORIGIN = 0x38000000, LENGTH = 64K
ITCMRAM (xrw) : ORIGIN = 0x00000000, LENGTH = 64K

而SD卡要求的DMA必须在DTCMRAM上，否则无法工作。具体请查询STM32H7的官方手册，有详细说明。

然后再声明一个DMA读取完毕的回调函数，其中把RxCplt置1。
disk_read函数中发起一次DMA读取，然后就一直等待变量RxCplt置1。

volatile uint8_t RxCplt=0;;
static uint8_t __attribute__((section(".dma"))) dma_rx_buffer[10240]; //10kb
void HAL_SD_RxCpltCallback(SD_HandleTypeDef *hsd)
{SCB_InvalidateDCache_by_Addr((uint32_t*)dma_rx_buffer, sizeof(dma_rx_buffer)/4);RxCplt=1;
}DRESULT disk_read (BYTE pdrv,      /* Physical drive nmuber to identify the drive */BYTE *buff,        /* Data buffer to store read data */LBA_t sector,   /* Start sector in LBA */UINT count     /* Number of sectors to read */
)
{DRESULT res;HAL_StatusTypeDef result;switch (pdrv) {case DEV_RAM :// translate the arguments herewhile(HAL_SD_GetCardState(&hsd1)!=HAL_SD_CARD_TRANSFER);// result = HAL_SD_ReadBlocks(&hsd1, (uint8_t*)buff, (uint32_t)sector, (uint32_t)count, 500);result = HAL_SD_ReadBlocks_DMA(&hsd1, (uint8_t*)dma_rx_buffer, (uint32_t)sector, (uint32_t)count);if(result!=HAL_OK){return result;}while(RxCplt==0);RxCplt=0;SCB_CleanDCache_by_Addr(dma_rx_buffer, sizeof(dma_rx_buffer)/4);memcpy(buff, dma_rx_buffer, count*BLOCKSIZE);// translate the reslut code hereswitch (result){case HAL_OK:return RES_OK;case HAL_ERROR:return RES_ERROR;case HAL_BUSY:return RES_ERROR;case HAL_TIMEOUT:return RES_ERROR;default:return RES_ERROR;}case DEV_MMC :// translate the arguments here//result = MMC_disk_read(buff, sector, count);// translate the reslut code herereturn RES_NOTRDY;case DEV_USB :// translate the arguments here//result = USB_disk_read(buff, sector, count);// translate the reslut code herereturn RES_NOTRDY;}return RES_PARERR;
}

disk_write函数和disk_read函数类似，如下图所示，不再累述：

volatile uint8_t TxCplt=0;;
static uint8_t __attribute__((section(".dma"))) dma_tx_buffer[10240]; //10kbvoid HAL_SD_TxCpltCallback(SD_HandleTypeDef *hsd)
{TxCplt=1;
}
DRESULT disk_write (BYTE pdrv,          /* Physical drive nmuber to identify the drive */const BYTE *buff,  /* Data to be written */LBA_t sector,       /* Start sector in LBA */UINT count         /* Number of sectors to write */
)
{DRESULT res;HAL_StatusTypeDef result;int retry = 5;switch (pdrv) {case DEV_RAM :// translate the arguments herewhile(HAL_SD_GetCardState(&hsd1)!=HAL_SD_CARD_TRANSFER);memcpy(dma_tx_buffer, buff, count*BLOCKSIZE);SCB_CleanDCache_by_Addr(dma_tx_buffer, sizeof(dma_tx_buffer)/4);result = HAL_SD_WriteBlocks_DMA(&hsd1, (uint8_t*)dma_tx_buffer, (uint32_t)sector, (uint32_t)count);while(TxCplt==0);TxCplt=0;// for(;retry>0;retry--){//  while(HAL_SD_GetCardState(&hsd1)!=HAL_SD_CARD_TRANSFER);//     result = HAL_SD_WriteBlocks(&hsd1, (uint8_t*)buff, (uint32_t)sector, (uint32_t)count, 5000);//     if(result == HAL_OK) break;// }// translate the reslut code hereswitch (result){case HAL_OK:return RES_OK;case HAL_ERROR:return RES_ERROR;case HAL_BUSY:return RES_ERROR;case HAL_TIMEOUT:return RES_ERROR;default:return RES_ERROR;}// translate the reslut code herereturn res;case DEV_MMC :// translate the arguments here// result = MMC_disk_write(buff, sector, count);// translate the reslut code herereturn RES_NOTRDY;case DEV_USB :// translate the arguments here// result = USB_disk_write(buff, sector, count);// translate the reslut code herereturn RES_NOTRDY;}return RES_PARERR;
}

disk_ioctl函数：whille循环等待SD读写完毕，如下图所示：

DRESULT disk_ioctl (BYTE pdrv,       /* Physical drive nmuber (0..) */BYTE cmd,      /* Control code */void *buff        /* Buffer to send/receive control data */
)
{DRESULT res;int result;switch (pdrv) {case DEV_RAM :// Process of the command for the RAM driveswitch (cmd){case CTRL_SYNC:/* code */while(HAL_SD_GetCardState(&hsd1)!=HAL_SD_CARD_TRANSFER);return RES_OK;break;case GET_SECTOR_COUNT:*(DWORD*)buff = hsd1.SdCard.BlockNbr;return RES_OK;break;case GET_BLOCK_SIZE:*(DWORD*)buff = hsd1.SdCard.BlockSize;return RES_OK;break;default:break;}return RES_ERROR;case DEV_MMC :// Process of the command for the MMC/SD cardreturn RES_NOTRDY;case DEV_USB :// Process of the command the USB drivereturn RES_NOTRDY;}return RES_PARERR;
}

上述函数写完后，再进行编译，应该就没问题了。

第三步：测试SD卡读写速度

这一步其实就相对比较简单了，我们写入一个100MB的文件，来测试一下写入的速度，测试代码如下：

#include <stdio.h>
#include <rtthread.h>
#include <stdint.h>
#include "sd_card_speed.h"
static const int SIZE_MB=100;
static const long long SIZE_BYTE = SIZE_MB*1024*1024;/*
@brief: 此函数测试sd卡的读写速度，
@note:  测试方法，写入200MB的文件，
@return: 返回速度 单位 b/s
*/
static int write_count=0;
int sd_card_write_speed(FATFS* fs){char filename[64]={0};int ret;ret = snprintf(&filename, sizeof(filename), "/SD_CARD_SPEED_TEST_%dMB", SIZE_MB);if(ret < 0){rt_kprintf("snprintf error\r\n");return -1;}// write 200MB in// cpu have 1MB RAM, so we write 200KB each timeint data_size_each = 200*1024;uint8_t *data = rt_malloc(data_size_each);if(data == NULL){rt_kprintf("rt_malloc failed!\r\n");return -1;}FRESULT f_ret;FIL fil;f_ret = f_open(&fil, filename, FA_CREATE_ALWAYS | FA_WRITE);if(f_ret != FR_OK){rt_kprintf("f_open failed, error code is %d\r\n", f_ret);return -1;}for(int i=0;i< SIZE_BYTE/(long long)data_size_each;i++){int bw = 0;f_ret = f_write(&fil, data, data_size_each, &bw);if(f_ret != FR_OK){rt_kprintf("f_write failed, error code is %d\r\n", f_ret);return -1;}if(bw != data_size_each){rt_kprintf("bw != data_size_each, bw is %d\r\n", bw);}write_count++;}f_close(&fil);return 0;
}int sd_card_read_speed(){}

在main函数里面调用这个函数，并打印一下执行前后的时间t1和t2，即可算出SD卡的读写速度。

TODO：补图，SD卡的测试结果

结语

最后，代码写的不怎么样，我就没有上传了。如果有任何疑问，欢迎在下面留言，我看到了就会回复。

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相关知识

开始

准备工作

第一步：在STM32CubeMX中开启SD卡接口

第二步：移植文件系统

第三步：测试SD卡读写速度

结语

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