STM32與SD卡通信分層思考

　　最近做了一些STM32">STM32和SD卡通信的一些思考，一直以來(lái)SD的驅動(dòng)和應用困擾了我很久，寒假的時(shí)候看到SD簡(jiǎn)化版物理層協(xié)議的時(shí)候就傻掉了，看到SD的驅動(dòng)快3000行的代碼也動(dòng)搖了。這幾天幾種地看了一下SD卡的相關(guān)內容，總結了一些體會(huì )，感覺(jué)也沒(méi)有那么恐怖了。我決定從分層上來(lái)討論SD的驅動(dòng)和應用，因為這樣可以構建一個(gè)清晰的邏輯，且不知哪位計算機大師曾說(shuō)過(guò)：一切計算機問(wèn)題都可以用分層的方法來(lái)解決。

　　我自己把SD卡從驅動(dòng)到應用共分為4層，從下至上依次為：驅動(dòng)層、物理層、文件系統層、應用層。下面一一來(lái)介紹各層的一些重要的操作。

　　1)驅動(dòng)層

　　驅動(dòng)層，對應到ST的庫，就是stm32f10x_sdio.c/.h這個(gè)兩文件。其實(shí)使用任何一個(gè)STM32的外設，只要用庫函數都離不開(kāi)這一對互相對應的.c/.h文件。對于SDIO外設來(lái)說(shuō)，它就是用來(lái)操作寄存器的，由于涉及ST庫函數的編寫(xiě)，沒(méi)能力參透，在此不贅述它的實(shí)現過(guò)程。

　　2)物理層

　　這一層可以說(shuō)是承上啟下的一層，下接驅動(dòng)層，用于操作寄存器，上接文件系統層，用于統一管理文件，可謂整個(gè)SD驅動(dòng)的核心代碼。其實(shí)，如果對于SD的要求不高，可以直接在這一層上面進(jìn)行文件操作，只是沒(méi)有文件系統操作起來(lái)實(shí)在不便。之所以叫物理層是因為這一部分的代碼主要參考了“SD卡物理層簡(jiǎn)化協(xié)議”這樣一個(gè)東西。這個(gè)協(xié)議規定了控制器對SD卡操作的各種指令的格式和操作時(shí)序。這一層對應了源代碼中的sdio_sdcard.c/.h這兩個(gè)文件，那么它主要實(shí)現了什么功能呢?這一層最重要的一個(gè)函數就是SD_Init()——SD卡的初始化函數。這函數包括了SD卡的上電、識別、卡初始這三個(gè)重要步驟，分別對應兩個(gè)子函數——SD_PowerOn、SD_InitializeCards()，而SD_InitializeCards()的返回值包含了卡的類(lèi)型信息。這兩個(gè)子函數的實(shí)現則是通過(guò)STM32內置的SDIO控制器發(fā)送CMD命令完成，這個(gè)命令的發(fā)送要嚴格遵守SD協(xié)議的流程圖，而且要及時(shí)進(jìn)行標志位判斷，否則很容易程序跑飛了。發(fā)送CMD命令是通過(guò)填寫(xiě)SDIO_CmdInitStructure這個(gè)結構體完成的。舉個(gè)例子：

　　SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Argument = 0x00;

　　SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CmdIndex = SD_CMD_APP_CMD;

　　SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Response = SDIO_Response_Short;

　　SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Wait = SDIO_Wait_No;

　　SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CPSM = SDIO_CPSM_Enable;

　　這個(gè)結構體包含了五個(gè)參數，從上至下分別控制的是：參數、命令索引、響應格式、是否等待、硬件流控制。填寫(xiě)了五個(gè)結構體也就也就配置好了一個(gè)CMD命令格式，使用SDIO_SendCommand()函數發(fā)送命令即可。當然，這一層還包含了一些其他外設的初始化——NVIC(配置中斷向量?jì)?yōu)先級)、GPIO(配置了SD插槽的IO口)、DMA(使用DMA模式傳輸)?？偨Y一下這部分就是主機(STM32)用CMD命令控制了SD卡，所以說(shuō)在這一層上就已經(jīng)可以直接調用函數來(lái)進(jìn)行初始化、讀寫(xiě)操作了。那么為什么又會(huì )有文件系統層呢?

　　3)文件系統層

　　它的存在就是用來(lái)管理文件的。一個(gè)SD卡，現在普通的8個(gè)G，要是直接使用物理層來(lái)操作，就要操作人來(lái)記住好多文件的地址、長(cháng)度等等，這些事情本來(lái)就是計算機可以完成的，所以人們就發(fā)明了文件系統這么個(gè)東西，用來(lái)管理大容量?jì)Υ嬖O備，在文件系統之上來(lái)進(jìn)行操作，整個(gè)格局就顯得很大了，也更高端大氣上檔次，否則調用個(gè)文件就要寫(xiě)個(gè)地址，什么0x20000f54之類(lèi)的，用的人不得瘋了。說(shuō)了這么多，文件系統的作用就是一個(gè)管理層，下接SD的物理層，用來(lái)發(fā)送各種CMD操作SDIO控制器的寄存器，上承應用函數，封裝好了由開(kāi)發(fā)人員自由調用，可以說(shuō)也是承上啟下的關(guān)鍵代碼。而且很幸運的是已經(jīng)有人替你寫(xiě)好了這個(gè)代碼的絕大部分，你只需要進(jìn)行適量的修改就能為你所用，搭建起一個(gè)文件系統來(lái)。FATFS就是在一個(gè)很遙遠的地方的好心人已經(jīng)替你寫(xiě)好的東西，這東西通用性很強，與驅動(dòng)層完全脫離，留下了一些接口函數，往哪個(gè)平臺上移植，就填寫(xiě)相應的接口函數即可。這個(gè)接口連接了SD卡的物理層和文件系統的操作函數。這一層對應的ff.c/.h文件由于也是很遙遠的大神編寫(xiě)的，參透不能。故在此不講怎么實(shí)現。

　　4)應用層

　　這一層應該是硬件開(kāi)發(fā)人員發(fā)揮的一層，因為對應的平臺不同，這一層的接口函數填寫(xiě)就完全不同。應用層就是由上一層(文件系統層)留下的各種接口構成，我們填寫(xiě)了接口函數，就可以直接跑文件系統了。怎么寫(xiě)接口函數呢?FATFS在留接口時(shí)除了留下了函數名，還留下了參數以及參數對應的功能和格式。幫助文件中有對應接口函數要實(shí)現的功能，其實(shí)不用查幫助文件通過(guò)接口函數的名字也能猜到，比如disk_read就是讀盤(pán)。這個(gè)接口函數要實(shí)現讀盤(pán)功能，就得調用在物理層寫(xiě)下的各種函數，如SD_ReadBlock()，只要注意子函數與母函數調用參數要一致就行，這個(gè)一致性就需要開(kāi)發(fā)人員充分理解函數參數功能了。這部分代碼很少，編寫(xiě)起來(lái)也不是很難，就是要注意記得判斷標志位。

　　至此，SD的操作函數就已經(jīng)被封裝好了，只需要查詢(xún)FATFS中各種操作函數的功能既可以調用它。

　　SD驅動(dòng)還有很多問(wèn)題沒(méi)有搞清楚，之前只是對著(zhù)源碼單步調試，看了看功能實(shí)現過(guò)程，接下來(lái)就準備動(dòng)手移植文件系統試試了，希望能成功。SD驅動(dòng)做起來(lái)還是很有意思的，通過(guò)它與其他外設，比如MP3模塊或液晶屏模塊連接可以實(shí)現歌曲播放和圖片顯示，還是頗有成就感。以前在用電子產(chǎn)品的時(shí)候沒(méi)想到想聽(tīng)首歌看張圖這么復雜，從0101的最原始編碼到我們看到聽(tīng)到的模擬信號經(jīng)過(guò)了這么多道的工序，想起來(lái)也只得感嘆人類(lèi)智慧的無(wú)窮盡也。