STM32F401 i karta SD bez systemu plików w Keil uVision

Pytanie

Chcę używać karty SD razem z STM32F401.
Bez systemu plików na karcie. Jak to zrobić w Keil uVision?
Podaj kod w C.

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Wprowadzenie

Aby używać karty SD z mikrokontrolerem STM32F401 bez systemu plików, można skorzystać z interfejsu SPI. Poniżej przedstawiam szczegółowy opis kroków oraz przykładowy kod w języku C, który pozwoli na podstawową komunikację z kartą SD za pomocą środowiska Keil uVision.

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

Aby używać karty SD bez systemu plików na STM32F401 w Keil uVision, należy skonfigurować interfejs SPI, zainicjalizować kartę SD oraz zaimplementować funkcje do odczytu i zapisu danych. Poniżej znajduje się przykładowy kod w języku C.

Szczegółowa analiza problemu

Krok 1: Konfiguracja sprzętowa

Upewnij się, że karta SD jest poprawnie podłączona do mikrokontrolera STM32F401. Typowe połączenia to:

• CS (Chip Select): Do dowolnego pinu GPIO mikrokontrolera.
• MOSI (Master Out Slave In): Do pinu SPI MOSI mikrokontrolera.
• MISO (Master In Slave Out): Do pinu SPI MISO mikrokontrolera.
• SCK (Serial Clock): Do pinu SPI SCK mikrokontrolera.
• VCC: Do napięcia zasilania 3.3V.
• GND: Do masy.

Krok 2: Konfiguracja SPI

Skonfiguruj piny GPIO i SPI w CubeMX lub ręcznie w kodzie. Poniżej znajduje się przykładowa konfiguracja w kodzie:

#include "stm32f4xx_hal.h"

// Definicje pinów SPI dla karty SD
#define SD_CS_PIN  GPIO_PIN_4
#define SD_CS_PORT GPIOA
#define SD_SPI_HANDLE hspi1  // Zakładamy, że używamy SPI1

// Funkcje pomocnicze
static void SD_CS_Select(void) {
    HAL_GPIO_WritePin(SD_CS_PORT, SD_CS_PIN, GPIO_PIN_RESET);
}

static void SD_CS_Deselect(void) {
    HAL_GPIO_WritePin(SD_CS_PORT, SD_CS_PIN, GPIO_PIN_SET);
}

static uint8_t SD_ReadByte(void) {
    uint8_t data;
    HAL_SPI_Receive(&SD_SPI_HANDLE, &data, 1, HAL_MAX_DELAY);
    return data;
}

static void SD_WriteByte(uint8_t data) {
    HAL_SPI_Transmit(&SD_SPI_HANDLE, &data, 1, HAL_MAX_DELAY);
}

Krok 3: Inicjalizacja karty SD

Funkcja inicjalizacji karty SD wysyła odpowiednie komendy, aby ustawić kartę w tryb SPI:

uint8_t SD_Init(void) {
    uint8_t frame[10], response, retry = 0;

    // Konfiguracja pinu CS
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    GPIO_InitStruct.Pin = SD_CS_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(SD_CS_PORT, &GPIO_InitStruct);

    SD_CS_Deselect();

    // Wysłanie 80 impulsów zegarowych
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        frame[i] = 0xFF;
    }
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        SD_WriteByte(frame[i]);
    }

    // Wysłanie komendy CMD0
    SD_CS_Select();
    frame[0] = 0x40;    // Komenda CMD0
    frame[1] = 0x00;
    frame[2] = 0x00;
    frame[3] = 0x00;
    frame[4] = 0x00;
    frame[5] = 0x95;    // CRC

    for (int i = 0; i < 6; i++) {
        SD_WriteByte(frame[i]);
    }

    // Oczekiwanie na odpowiedź R1
    while ((response = SD_ReadByte()) == 0xFF) {
        if (retry++ > 0xFF) {
            SD_CS_Deselect();
            return 1;   // Timeout error
        }
    }

    SD_CS_Deselect();
    SD_WriteByte(0xFF);

    if (response != 0x01) {
        return 2;   // Nieprawidłowa odpowiedź
    }

    return 0;   // Inicjalizacja udana
}

Krok 4: Odczyt i zapis danych

Funkcje do odczytu i zapisu sektorów na karcie SD:

uint8_t SD_ReadSector(uint32_t sector, uint8_t* buffer) {
    uint8_t frame[6], response;
    uint16_t retry = 0;

    SD_CS_Select();

    // Komenda CMD17 - odczyt pojedynczego bloku
    frame[0] = 0x51;    // CMD17
    frame[1] = (sector >> 24) & 0xFF;
    frame[2] = (sector >> 16) & 0xFF;
    frame[3] = (sector >> 8) & 0xFF;
    frame[4] = sector & 0xFF;
    frame[5] = 0xFF;    // Dummy CRC

    for (int i = 0; i < 6; i++) {
        SD_WriteByte(frame[i]);
    }

    // Oczekiwanie na odpowiedź
    while ((response = SD_ReadByte()) == 0xFF) {
        if (retry++ > 0xFFF) {
            SD_CS_Deselect();
            return 1;   // Timeout error
        }
    }

    if (response != 0x00) {
        SD_CS_Deselect();
        return 2;   // Nieprawidłowa odpowiedź
    }

    // Oczekiwanie na token początku danych
    while (SD_ReadByte() != 0xFE);

    // Odczyt 512 bajtów
    for (int i = 0; i < 512; i++) {
        buffer[i] = SD_ReadByte();
    }

    // Ignorowanie CRC
    SD_ReadByte();
    SD_ReadByte();

    SD_CS_Deselect();
    SD_WriteByte(0xFF);

    return 0;   // Sukces
}

uint8_t SD_WriteSector(uint32_t sector, const uint8_t* buffer) {
    uint8_t frame[6], response;
    uint16_t retry = 0;

    SD_CS_Select();

    // Komenda CMD24 - zapis pojedynczego bloku
    frame[0] = 0x58;    // CMD24
    frame[1] = (sector >> 24) & 0xFF;
    frame[2] = (sector >> 16) & 0xFF;
    frame[3] = (sector >> 8) & 0xFF;
    frame[4] = sector & 0xFF;
    frame[5] = 0xFF;    // Dummy CRC

    for (int i = 0; i < 6; i++) {
        SD_WriteByte(frame[i]);
    }

    // Oczekiwanie na odpowiedź
    while ((response = SD_ReadByte()) == 0xFF) {
        if (retry++ > 0xFFF) {
            SD_CS_Deselect();
            return 1;   // Timeout error
        }
    }

    if (response != 0x00) {
        SD_CS_Deselect();
        return 2;   // Nieprawidłowa odpowiedź
    }

    // Wysłanie tokena początku danych
    SD_WriteByte(0xFE);

    // Zapis 512 bajtów
    for (int i = 0; i < 512; i++) {
        SD_WriteByte(buffer[i]);
    }

    // Wysłanie dummy CRC
    SD_WriteByte(0xFF);
    SD_WriteByte(0xFF);

    // Sprawdzenie odpowiedzi karty
    response = SD_ReadByte();
    if ((response & 0x1F) != 0x05) {
        SD_CS_Deselect();
        return 3;   // Błąd zapisu
    }

    // Oczekiwanie na zakończenie zapisu
    while (SD_ReadByte() == 0x00);

    SD_CS_Deselect();
    SD_WriteByte(0xFF);

    return 0;   // Sukces
}

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Inicjalizacja SPI: Upewnij się, że SPI jest poprawnie skonfigurowane w CubeMX lub ręcznie w kodzie.
• Komendy SD: CMD0 (GO_IDLE_STATE) i CMD17 (READ_SINGLE_BLOCK) są kluczowe dla komunikacji z kartą SD.
• Obsługa błędów: Dodaj odpowiednie mechanizmy obsługi błędów, aby zapewnić stabilność aplikacji.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Zasilanie: Upewnij się, że karta SD jest zasilana stabilnym napięciem 3.3V.
• Debugowanie: Użyj oscyloskopu lub analizatora logicznego do monitorowania sygnałów SPI w przypadku problemów z komunikacją.

Podsumowanie

Powyższy kod i wyjaśnienia powinny pomóc w implementacji podstawowej komunikacji z kartą SD za pomocą mikrokontrolera STM32F401 bez użycia systemu plików. Pamiętaj, że kod może wymagać dostosowania do specyficznych wymagań Twojego projektu.