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[摘 要]SD卡是常见的存储介质，它具有读写速度快，容量大，便携等特点。在STM32平台上对SD卡进行读写一般采用SPI接口或者是SDIO接口的方式。这两种不同的接口速度有很大的差异。另STM32还支持DMA（Direct Memory Access），可以实现对存储器的直接访问，省去了CPU的数据搬移时间。
中图分类号：TP334.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）36-0269-01
1、硬件设计
1.1 STM32F103ZET6
STM32F103ZET6基于高性能32位RISC的ARM Cortex-M3核，其最高工作频率为72MHz。片上集成了高速存储器，
1.2 SPI协议
SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，如今越来越多的芯片集成了这种通信协议。
1.3 SDIO
STM32F103ZET6系列微控制器支持直接使用SDIO接口对SD卡进行读写，最高速度可达SPI方式的数倍。
1.4 DMA
STM32F10x系列MCU支持DMA功能，可以直接将数据从一个地址空间复制到另外一个地址空间，只需CPU执行初始化的动作，传输数据的冗长过程可以让DMA控制器完成。
1.5 SD卡接口电路设计
SPI通信模式如图1所示：
其中SS是片选线，SCK为时钟信号线，由主通信设备产生，MOSI是主设备输出/从设备输入引脚，MISO是主设备输入/从设备输出引脚。SDIO通信模式如图2所示：
同样，在电路设计中，需要在DATA0～3和CMD线加上上拉电阻。
2.软件设计
2.1 SD卡的初始化
2.1.1 将SD卡初始化为SPI总线模式
STM32F103ZEET6微处理器包括2个串行外设接口（SPI）。刚上电时，将SD卡切换到SPI模式，主机需要发出命令CMD0。SD卡会检测到SPI模式选择信息，
2.1.2 将SD卡初始化为SDIO模式
首先上电（power-on），然后发出CMD0，再接着发送CMD8，有应答（response）判断为Ver2.00或更新的SDMC，无应答（no response）判断为ver2.00或者更新版SDMC（电压不匹配（voltage mismatch））或ver1.X SDMC或不是SDMC。
2.2 SD卡读写单块数据
从SD卡中夺取一个数据块只需要主机发送CMD17命令，并将起始地址作为参数，然后SD卡会验证这个字节地址，并且以一个R1命令作为响应。在完成SD卡读取操作后，先发送一个起始数据命令，接着发送固定数量的数据，最后是2个字节的CRC校验。
2.3 SD卡的文件存储
由于需要SD卡的数据能够在计算机上直接读写，所以SD卡的文件系统必须与计算机的文件系统兼容。目前常用的文件系统主要有Windows下的FAT32，NTFS，Linux下的EXT2，EXT3等。
2.4 DMA的配置
一般对于SD卡的读写，对于MCU来说都是大吞吐量的数据传输，所以通过DMA来提高效率。SDIO采用的DMA2中的通道4，用于从存储器向SDIO的FIFO搬移数据。具体过程如下：执行卡的识别过程，提高SDIO的时钟频率，发送CMD7命令选择卡，配置DMA2，发送CMD24（开始写数据），查询DMA通道的使能状态寄存器，确认没有通道仍处于使能状态。
配置DMA2的具体步骤如下：
1）使能DMA2控制器并清除所有的中断标志位。
2）设置DMA2通道4的源地址寄存器为存储器缓冲区的基地址，DMA2通道4的目标地址寄存器为SDIO_FIFO寄存器的基地址。
3）设置DMA2通道4控制寄存器（存储器递增，非外设递增，外设和源的数据宽度为字宽度）。
4）使能DMA2通道4
发送CMD24的具体步骤如下：
1）设置SDIO数据长度寄存器（SDIO数据时钟寄存器应该在执行卡识别过程之前设置好）
2）设置SDIO参数寄存器为卡中需要传送数据的地址
3）设置SDIO命令寄存器：CmdIndex置为24（WRITE_BLOCK）；WaitRest置为1（SDIO卡主机等待响应）；CPSMEN置为1（使能SDIO卡主机发送命令），保持其它域为他们的复位值。
4）等待SDIO_STA[6]=CMDREND中断，然后设置SDIO数据寄存器：DTEN置为1（使能SDIO卡主机发送数据）；DTDIR置为0（控制器至卡方向）；DTMODE置为0（块数据传送）；DMAEN置为1（使能DMA）；DBLOCKSIZE置為9（512字节）；其它域不用设置。
5）等待SDIO_STA[10]=DBCKEND
3、速度测试
3.1 SPI读速度测试
笔者采用的是class4的SD卡。
使用SPI模式，SPI时钟使用最高频率36M，速度可以达到400KB/s。
使用SPI+DMA方式，速度可以达到800KB/s，比不采用DMA速度提高了几乎一倍。
使用SDIO方式，速度几乎达到了2MB/s。
4、结语
STM32系列MCU的应用日渐广泛，SD卡也具有广阔的市场前景和发展前景。在21世纪，信息在人们的生活中已经变得不可或缺，相信使用嵌入式系统的电子产品会在人们的生活中越来越广泛的应用。
中图分类号：TP334.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）36-0269-01
1、硬件设计
1.1 STM32F103ZET6
STM32F103ZET6基于高性能32位RISC的ARM Cortex-M3核，其最高工作频率为72MHz。片上集成了高速存储器，
1.2 SPI协议
SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，如今越来越多的芯片集成了这种通信协议。
1.3 SDIO
STM32F103ZET6系列微控制器支持直接使用SDIO接口对SD卡进行读写，最高速度可达SPI方式的数倍。
1.4 DMA
STM32F10x系列MCU支持DMA功能，可以直接将数据从一个地址空间复制到另外一个地址空间，只需CPU执行初始化的动作，传输数据的冗长过程可以让DMA控制器完成。
1.5 SD卡接口电路设计
SPI通信模式如图1所示：
其中SS是片选线，SCK为时钟信号线，由主通信设备产生，MOSI是主设备输出/从设备输入引脚，MISO是主设备输入/从设备输出引脚。SDIO通信模式如图2所示：
同样，在电路设计中，需要在DATA0～3和CMD线加上上拉电阻。
2.软件设计
2.1 SD卡的初始化
2.1.1 将SD卡初始化为SPI总线模式
STM32F103ZEET6微处理器包括2个串行外设接口（SPI）。刚上电时，将SD卡切换到SPI模式，主机需要发出命令CMD0。SD卡会检测到SPI模式选择信息，
2.1.2 将SD卡初始化为SDIO模式
首先上电（power-on），然后发出CMD0，再接着发送CMD8，有应答（response）判断为Ver2.00或更新的SDMC，无应答（no response）判断为ver2.00或者更新版SDMC（电压不匹配（voltage mismatch））或ver1.X SDMC或不是SDMC。
2.2 SD卡读写单块数据
从SD卡中夺取一个数据块只需要主机发送CMD17命令，并将起始地址作为参数，然后SD卡会验证这个字节地址，并且以一个R1命令作为响应。在完成SD卡读取操作后，先发送一个起始数据命令，接着发送固定数量的数据，最后是2个字节的CRC校验。
2.3 SD卡的文件存储
由于需要SD卡的数据能够在计算机上直接读写，所以SD卡的文件系统必须与计算机的文件系统兼容。目前常用的文件系统主要有Windows下的FAT32，NTFS，Linux下的EXT2，EXT3等。
2.4 DMA的配置
一般对于SD卡的读写，对于MCU来说都是大吞吐量的数据传输，所以通过DMA来提高效率。SDIO采用的DMA2中的通道4，用于从存储器向SDIO的FIFO搬移数据。具体过程如下：执行卡的识别过程，提高SDIO的时钟频率，发送CMD7命令选择卡，配置DMA2，发送CMD24（开始写数据），查询DMA通道的使能状态寄存器，确认没有通道仍处于使能状态。
配置DMA2的具体步骤如下：
1）使能DMA2控制器并清除所有的中断标志位。
2）设置DMA2通道4的源地址寄存器为存储器缓冲区的基地址，DMA2通道4的目标地址寄存器为SDIO_FIFO寄存器的基地址。
3）设置DMA2通道4控制寄存器（存储器递增，非外设递增，外设和源的数据宽度为字宽度）。
4）使能DMA2通道4
发送CMD24的具体步骤如下：
1）设置SDIO数据长度寄存器（SDIO数据时钟寄存器应该在执行卡识别过程之前设置好）
2）设置SDIO参数寄存器为卡中需要传送数据的地址
3）设置SDIO命令寄存器：CmdIndex置为24（WRITE_BLOCK）；WaitRest置为1（SDIO卡主机等待响应）；CPSMEN置为1（使能SDIO卡主机发送命令），保持其它域为他们的复位值。
4）等待SDIO_STA[6]=CMDREND中断，然后设置SDIO数据寄存器：DTEN置为1（使能SDIO卡主机发送数据）；DTDIR置为0（控制器至卡方向）；DTMODE置为0（块数据传送）；DMAEN置为1（使能DMA）；DBLOCKSIZE置為9（512字节）；其它域不用设置。
5）等待SDIO_STA[10]=DBCKEND
3、速度测试
3.1 SPI读速度测试
笔者采用的是class4的SD卡。
使用SPI模式，SPI时钟使用最高频率36M，速度可以达到400KB/s。
使用SPI+DMA方式，速度可以达到800KB/s，比不采用DMA速度提高了几乎一倍。
使用SDIO方式，速度几乎达到了2MB/s。
4、结语
STM32系列MCU的应用日渐广泛，SD卡也具有广阔的市场前景和发展前景。在21世纪，信息在人们的生活中已经变得不可或缺，相信使用嵌入式系统的电子产品会在人们的生活中越来越广泛的应用。