stm32 CubeMx 实现SD卡/SD nand FATFS读写测试

1. 前言

SD卡/SD nand是嵌入式开发中常为使用的大容量存储设备，SD nand虽然当前价格比SD卡高，但胜在价格、封装以及稳定性上有优势，实际操作和SD卡没什么区别。

关于 SD卡/SDnand 的驱动，有了CubeMx之后其实基本上都自动生成了对应的驱动了，基本上把驱动配置一下之后，自己写一些应用就可以完成基本的读写了，同时关于FATFS文件系统，也可以直接采用CubeMx配置，也不用自己移植，因此使用STM32开发这些还是比较爽的！不过使用过程中也有一些坑，自动生成的驱动有时候也还是有一些bug，因此还是需要大家对对应驱动有一定的了解。

本文将主要分享关于使用 CubeMx 配置 stm32 的工程，通过SDIO总线完成 SD卡/SD nand 的读写，并配置FATFS，采用文件操作实现对 SD卡/SD nand 的读写操作；此外还将分享博主在调试过程中遇到的一些问题，比如CubeMx自动生成的驱动存在的bug等，以及分享关于驱动部分的代码分析！

2. 环境介绍

2.1 软硬件说明

硬件环境：

• 主控：stm32f103vet6
• SD nand： CSNPGCR01-AOW

软件环境：

• CubeMx版本：Version 6.6.1
• 注意：当前最新版本 V6.8.0，生成的工程配置存在bug，具体细节在后文描述

2.2 外设原理图

SD卡槽原理图部分如下：

3. 工程搭建

3.1 CubeMx 配置

1. 选择芯片，ACCESS TO MCU SELECTOR
   

2. 搜索对应的芯片型号，在对应列表下方选择对应芯片
   

3. 配置时钟方案，采用外部高速时钟，无源晶振方案
   

4. 配置调试器，由于我采用SWD调试接口，因此选择 Serial Wrie 串行总线
   

5. 配置SDIO外设，由于我们所使用的SD nand支持4线传输，因此此处选择4线宽度；如果你所使用的SD nand或SD卡不支持4线传输，此处应选择1线宽度；支持4线宽度的SD卡肯定可以使用1线宽度，因此如果你实在不知道你的SD卡支持几线宽度，你可以直接选择1线宽度！4线和1线宽度的差别也就在于速度上相差了4倍！
   (注意这里暂时不需要对SDIO的参数进行配置，后面我们再回来配置！)
   

6. 完成时钟树配置：

   • 配置外部晶振频率
   • 调整时钟选择，SYSCLK由PLL产生，PLL由外部时钟倍频产生
   • 配置SDIO外设时钟，注意此处SDIO外设比较特殊，有两个时钟！具体原因见后文！
     

7. 修改SDIO参数配置，主要是修改SDIOCLK的分频

   • 由于我们上述配置的SDIO时钟为 72M，而SD卡支持的通讯速率在0MHz至25MHz之间，因此我们需要分频，配置 SDIO Clock divider bypass 为 Disable
   • 此处设置 SDIOCLK clock divide factor CLKDIV分频系数为 8，这个受限于具体的SD卡支持的最大速度。如果设置值较小，可能由于SDIO_CK速度过高，SD卡/SDnand不支持，导致通讯失败，因此建议先将此值设大点（或查看SD卡/SDnand手册，或先设一个较大值，软件完成SD信息读取后再配置）
   • 注意这个配置的时钟是用于SD读写通讯时候的时钟，而不是SD卡信息识别过程时的速度！
     
     

8. 勾选 FATFS 配置，选择 SD Card
   

9. 配置SD卡检测引脚，有以下两种方案

   • 方案一：选择一个输入IO，作为触发引脚
     

   • 方案二：不配置输入IO，最后生成代码的时候无视警报即可，生成的代码会自动取消输入检测判断
     

10. 配置调试串口，用来打印信息，此处我选择USART1，大家可根据自己硬件环境自行选择
    

11. 配置工程信息

    • 配置工程名
    • 选择工程路径
    • 配置应用程序结构，我习惯选择 Basic 结构
    • 选择IDE工具及版本
    • 修改堆栈大小，适当改大一点，怕不够用
      

12. 勾选将外设初始化放置在独立的.c和.h文件，这样每个外设的初始化是独立的，方便阅读移植！

13. 生成代码
    

3.2 SDIO时钟配置说明

在上述CubeMx时钟配置中，外设的时钟一般都是只有一路过去，但是在此处我们会发现SDIO的时钟在时钟树中有两个！没弄清楚还会以为这是CubeMx出现bug了！

其实这是SDIO外设的特殊点，我们查看数据手册上的时钟树，便可以发现，实际上是真的有两路时钟，分别是：1）SDIOCLK；2）至SDIO的AHB接口；

之后，我们看到数据手册的SDIO章节，我们可以看到SDIO外设分为：1）AHB总线接口 和 2）SDIO适配器两大块，且使用不同的时钟，这也就是我们在时钟树配置中可以看到有两路时钟配置的原因了！

从下图我们可以知道，SDIO外设不同于其他外设，其外设模块部分与中断、DMA是分开的，并采用不同的时钟！

关于AHB总线接口及SDIO适配器更多细节，大家可自行阅读参考手册部分章节内容，此处不做赘述。

此外，关于时钟配置有一个特别需要注意的，也就是SDIO_CK时钟信号。SDIO_CK时钟，也就是我们SDIO外设与SD卡/SD nand通讯的CLK时钟，从上图我们可知，SDIO_CK时钟来自SDIO适配器，也就是来自SDIOCLK，对应CubeMX时钟配置中的：

3.2 读写测试

3.2.1 添加读写测试代码

1. 使能 MicroLIB 微库，否则调用 printf 函数会卡住
   

2. 修改编码规则为 UTF-8，这是由于我们CubeMx中配置的FATFS的编码格式为 UTF-8导致，如果不修改为 UTF-8 则部分中文会乱码！ //TODO:确认是由FATFS配置导致
   
   

3. 添加 printf 重映射 （位置可根据自行决定）

#include <stdio.h>
int fputc(int ch, FILE *f)
{
	HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1,0xffff);
	return (ch);
}

4. 添加 sdcard 信息打印函数，查看卡片信息

HAL_SD_CardInfoTypeDef  SDCardInfo;    
void printf_sdcard_info(void)
{
	uint64_t CardCap;                       //SD卡容量
	HAL_SD_CardCIDTypeDef SDCard_CID; 

	HAL_SD_GetCardCID(&hsd,&SDCard_CID);	//获取CID
	HAL_SD_GetCardInfo(&hsd,&SDCardInfo);   //获取SD卡信息
	CardCap=(uint64_t)(SDCardInfo.LogBlockNbr)*(uint64_t)(SDCardInfo.LogBlockSize);	//计算SD卡容量
	switch(SDCardInfo.CardType)
	{
		case CARD_SDSC:
		{
			if(SDCardInfo.CardVersion == CARD_V1_X)
				printf("Card Type:SDSC V1\r\n");
			else if(SDCardInfo.CardVersion == CARD_V2_X)
				printf("Card Type:SDSC V2\r\n");
		}
		break;
		case CARD_SDHC_SDXC:printf("Card Type:SDHC\r\n");break;
		default:break;
	}	
		
    printf("Card ManufacturerID: %d \r\n",SDCard_CID.ManufacturerID);				//制造商ID	
 	printf("CardVersion:         %d \r\n",(uint32_t)(SDCardInfo.CardVersion));		//卡版本号
	printf("Class:               %d \r\n",(uint32_t)(SDCardInfo.Class));		    //SD卡类别
 	printf("Card RCA(RelCardAdd):%d \r\n",SDCardInfo.RelCardAdd);					//卡相对地址
	printf("Card BlockNbr:       %d \r\n",SDCardInfo.BlockNbr);						//块数量
 	printf("Card BlockSize:      %d \r\n",SDCardInfo.BlockSize);					//块大小
	printf("LogBlockNbr:         %d \r\n",(uint32_t)(SDCardInfo.LogBlockNbr));		//逻辑块数量
	printf("LogBlockSize:        %d \r\n",(uint32_t)(SDCardInfo.LogBlockSize));		//逻辑块大小
	printf("Card Capacity:       %d MB\r\n",(uint32_t)(CardCap>>20));				//卡容量
}

5. 添加初始化及读写测试代码，注意此处我们没有直接使用FATFS的读写接口，我们先测试生成的SD驱动函数接口

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */
  BYTE send_buf[512];
  DRESULT ret;
  /* USER CODE END 1 */

  /* ...省略若干自动生成代码... */
  
  /* USER CODE BEGIN 2 */

  SD_Driver.disk_initialize(0);
  printf_sdcard_info();

  printf("\r\n\r\n********** 英文读写测试 **********\r\n");

  ret = SD_Driver.disk_write(0,
(BYTE *)"Life is too short to spend time with people who suck the happiness out of you. \
If someone wants you in their life, they’ll make room for you. You shouldn’t have to fight for a spot. Never, ever\
 insist yourself to someone who continuously overlooks your worth. And remember, it’s not the people that stand by \
your side when you’re at your best, but the ones who stand beside you when you’re at your worst that are your true\
 friends",20,2);
  printf("sd write result:%d\r\n", ret);
  ret = SD_Driver.disk_read(0, send_buf, 20, 2);
  printf("sd reak result:%d\r\n", ret);
  printf("sd read content:\r\n%s\r\n", send_buf);
  
  printf("\r\n\r\n********** 中文读写测试 **********\r\n");

  ret = SD_Driver.disk_write(0,
(BYTE *)"开发者社区的明天需要大家一同开源共创，期待下一次你的分享，让我们一同携手共进，推动人类科技的发展！！！\r\n\
创作不易，转载请注明出处~\r\n\
更多文章敬请关注：爱出名的狗腿子\r\n", 22, 2);
  printf("sd write result:%d\r\n", ret);
  ret = SD_Driver.disk_read(0, send_buf, 22, 2);
  printf("sd reak result:%d\r\n", ret);
  printf("sd read content:\r\n%s\r\n", send_buf);
  /* USER CODE END 2 */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

6. 修改烧录器配置，配置为烧录后自动运行
   
7. 下载测试，这里由于我们采用UTF-8编码，所以使用的串口上位机也需要支持UTF-8解析，我们这里使用Mobaxterm上位机，测试结果如下:
   
8. main.c 文件全部代码如下，供大家参考：

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * Copyright (c) 2023 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.
  *
  * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
  * in the root directory of this software component.
  * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "fatfs.h"
#include "sdio.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */

#include <stdio.h>
/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

HAL_SD_CardInfoTypeDef  SDCardInfo;    
void printf_sdcard_info(void)
{
	uint64_t CardCap;                       //SD卡容量
	HAL_SD_CardCIDTypeDef SDCard_CID; 

	HAL_SD_GetCardCID(&hsd,&SDCard_CID);	//获取CID
	HAL_SD_GetCardInfo(&hsd,&SDCardInfo);   //获取SD卡信息
	CardCap=(uint64_t)(SDCardInfo.LogBlockNbr)*(uint64_t)(SDCardInfo.LogBlockSize);	//计算SD卡容量
	switch(SDCardInfo.CardType)
	{
		case CARD_SDSC:
		{
			if(SDCardInfo.CardVersion == CARD_V1_X)
				printf("Card Type:SDSC V1\r\n");
			else if(SDCardInfo.CardVersion == CARD_V2_X)
				printf("Card Type:SDSC V2\r\n");
		}
		break;
		case CARD_SDHC_SDXC:printf("Card Type:SDHC\r\n");break;
		default:break;
	}	
		
    printf("Card ManufacturerID: %d \r\n",SDCard_CID.ManufacturerID);				//制造商ID	
 	printf("CardVersion:         %d \r\n",(uint32_t)(SDCardInfo.CardVersion));		//卡版本号
	printf("Class:               %d \r\n",(uint32_t)(SDCardInfo.Class));		    //SD卡类别
 	printf("Card RCA(RelCardAdd):%d \r\n",SDCardInfo.RelCardAdd);					//卡相对地址
	printf("Card BlockNbr:       %d \r\n",SDCardInfo.BlockNbr);						//块数量
 	printf("Card BlockSize:      %d \r\n",SDCardInfo.BlockSize);					//块大小
	printf("LogBlockNbr:         %d \r\n",(uint32_t)(SDCardInfo.LogBlockNbr));		//逻辑块数量
	printf("LogBlockSize:        %d \r\n",(uint32_t)(SDCardInfo.LogBlockSize));		//逻辑块大小
	printf("Card Capacity:       %d MB\r\n",(uint32_t)(CardCap>>20));				//卡容量
}

int fputc(int ch, FILE *f)
{
	HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1,0xffff);
	return (ch);
}
/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */
  BYTE send_buf[512];
  DRESULT ret;
  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_SDIO_SD_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_FATFS_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  
  SD_Driver.disk_initialize(0);
  printf_sdcard_info();

  printf("\r\n\r\n********** 英文读写测试 **********\r\n");

  ret = SD_Driver.disk_write(0,
(BYTE *)"Life is too short to spend time with people who suck the happiness out of you. \
If someone wants you in their life, they’ll make room for you. You shouldn’t have to fight for a spot. Never, ever\
 insist yourself to someone who continuously overlooks your worth. And remember, it’s not the people that stand by \
your side when you’re at your best, but the ones who stand beside you when you’re at your worst that are your true\
 friends",20,2);
  printf("sd write result:%d\r\n", ret);
  ret = SD_Driver.disk_read(0, send_buf, 20, 2);
  printf("sd reak result:%d\r\n", ret);
  printf("sd read content:\r\n%s\r\n", send_buf);
  
  printf("\r\n\r\n********** 中文读写测试 **********\r\n");

  ret = SD_Driver.disk_write(0,
(BYTE *)"开发者社区的明天需要大家一同开源共创，期待下一次你的分享，让我们一同携手共进，推动人类科技的发展！！！\r\n\
创作不易，转载请注明出处~\r\n\
更多文章敬请关注：爱出名的狗腿子\r\n", 22, 2);
  printf("sd write result:%d\r\n", ret);
  ret = SD_Driver.disk_read(0, send_buf, 22, 2);
  printf("sd reak result:%d\r\n", ret);
  printf("sd read content:\r\n%s\r\n", send_buf);
  
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/* USER CODE BEGIN 4 */

/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

3.3 FATFS文件操作

移植了FATFS，当然也就可以只用通用的文件系统操作函数完成文件的读写，通用的文件系统操作API 在 ff.c 文件内，声明在 ff.h 文件内，主要使用的API接口如下：

FRESULT f_open (FIL* fp, const TCHAR* path, BYTE mode);				/* Open or create a file */
FRESULT f_close (FIL* fp);											/* Close an open file object */
FRESULT f_read (FIL* fp, void* buff, UINT btr, UINT* br);			/* Read data from a file */
FRESULT f_write (FIL* fp, const void* buff, UINT btw, UINT* bw);	/* Write data to a file */
FRESULT f_forward (FIL* fp, UINT(*func)(const BYTE*,UINT), UINT btf, UINT* bf);	/* Forward data to the stream */
FRESULT f_lseek (FIL* fp, DWORD ofs);								/* Move file pointer of a file object */
FRESULT f_truncate (FIL* fp);										/* Truncate file */
FRESULT f_sync (FIL* fp);											/* Flush cached data of a writing file */
FRESULT f_opendir (DIR* dp, const TCHAR* path);						/* Open a directory */
FRESULT f_closedir (DIR* dp);										/* Close an open directory */
FRESULT f_readdir (DIR* dp, FILINFO* fno);							/* Read a directory item */
FRESULT f_findfirst (DIR* dp, FILINFO* fno, const TCHAR* path, const TCHAR* pattern);	/* Find first file */
FRESULT f_findnext (DIR* dp, FILINFO* fno);							/* Find next file */
FRESULT f_mkdir (const TCHAR* path);								/* Create a sub directory */
FRESULT f_unlink (const TCHAR* path);								/* Delete an existing file or directory */
FRESULT f_rename (const TCHAR* path_old, const TCHAR* path_new);	/* Rename/Move a file or directory */
FRESULT f_stat (const TCHAR* path, FILINFO* fno);					/* Get file status */
FRESULT f_chmod (const TCHAR* path, BYTE attr, BYTE mask);			/* Change attribute of the file/dir */
FRESULT f_utime (const TCHAR* path, const FILINFO* fno);			/* Change times-tamp of the file/dir */
FRESULT f_chdir (const TCHAR* path);								/* Change current directory */
FRESULT f_chdrive (const TCHAR* path);								/* Change current drive */
FRESULT f_getcwd (TCHAR* buff, UINT len);							/* Get current directory */
FRESULT f_getfree (const TCHAR* path, DWORD* nclst, FATFS** fatfs);	/* Get number of free clusters on the drive */
FRESULT f_getlabel (const TCHAR* path, TCHAR* label, DWORD* vsn);	/* Get volume label */
FRESULT f_setlabel (const TCHAR* label);							/* Set volume label */
FRESULT f_mount (FATFS* fs, const TCHAR* path, BYTE opt);			/* Mount/Unmount a logical drive */
FRESULT f_mkfs (const TCHAR* path, BYTE sfd, UINT au);				/* Create a file system on the volume */
FRESULT f_fdisk (BYTE pdrv, const DWORD szt[], void* work);			/* Divide a physical drive into some partitions */
int f_putc (TCHAR c, FIL* fp);										/* Put a character to the file */
int f_puts (const TCHAR* str, FIL* cp);								/* Put a string to the file */
int f_printf (FIL* fp, const TCHAR* str, ...);						/* Put a formatted string to the file */
TCHAR* f_gets (TCHAR* buff, int len, FIL* fp);						/* Get a string from the file */

关于API的使用此处不做过多赘述，大家可以自行上官网查阅 FATFS官网，或者网上搜索，或直接看下述示例亦可。

3.3.1 修改读写测试代码

修改3.2.1章节所使用的读写测试代码，此处我们直接使用FATFS文件系统的读写函数接口，修改主函数如下，注意需要包含fatfs.h头文件！

#include "fatfs.h"
int main()
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */
#define USERPath "0:/"
  
  BYTE write_buf[] = "\r\n\r\n\
hello world!\r\n\
开发者社区的明天需要大家一同开源共创，期待下一次你的分享，让我们一同携手共进，推动人类科技的发展！！！\r\n\
创作不易，转载请注明出处~\r\n\
更多文章敬请关注：爱出名的狗腿子\r\n\r\n\
";
  BYTE read_buf[1024] = {0};
  UINT num;
  FRESULT ret;
  /* USER CODE END 1 */
  
  /* ... 省略初始化代码... */
  
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  
  /* 挂载文件系统，挂载的时候会完成对应硬件设备（SD卡/SDnand）初始化 */
  ret = f_mount(&SDFatFS, USERPath, 1);
  if (ret != FR_OK) {
    printf("f_mount error!\r\n");
    goto mount_error;
  } else if(ret == FR_NO_FILESYSTEM) {         /* 检测是否存在文件系统，如果没有则进行格式化 */
    printf("未检测到FATFS文件系统，执行格式化...\r\n");
    ret = f_mkfs(USERPath, 0, 0);
    if(ret == FR_OK) {
      printf("格式化成功！\r\n");
      f_mount(NULL, USERPath, 1); /* 先取消挂载，后重新挂载 */
      ret = f_mount(&SDFatFS, USERPath, 1);
    } else {
      printf("格式化失败！\r\n");
      goto mount_error;
    }
  } else {
    printf("f_mount success!\r\n");
  }
  
  /* 读写测试 */
  printf("\r\n ========== write test ==========\r\n");
  ret = f_open(&SDFile, "hello.txt", FA_CREATE_ALWAYS | FA_WRITE);
  if(ret == FR_OK) {
    printf("open file sucess!\r\n");
    ret = f_write(&SDFile, write_buf, sizeof(write_buf), &num);
    if(ret == FR_OK) {
      printf("write \"%s\" success!\r\nwrite len：%d\r\n", write_buf, num);
    } else {
      printf("write error! ret:%d \r\n", ret);
      goto rw_error;
    }
    f_close(&SDFile);
  } else {
    printf("open file error!\r\n");
    goto rw_error;
  }
	
  printf("\r\n ========== read test ==========\r\n");
  ret = f_open(&SDFile, "hello.txt",FA_OPEN_EXISTING | FA_READ); 	 
  if(ret == FR_OK) {
    printf("open file sucess!\r\n");
	ret = f_read(&SDFile, read_buf, sizeof(read_buf), &num); 
    if(ret == FR_OK) {
      printf("read data:\"%s\"!\r\nread len：%d\r\n", read_buf, num);
    } else {
      printf("read error! ret:%d \r\n", ret);
      goto rw_error;
  }
} else {
   printf("open file error!\r\n");
   goto rw_error;
}

rw_error:
  f_close(&SDFile);	
  
mount_error:
  f_mount(NULL, USERPath, 1);
  /* USER CODE END 2 */
  while (1) {
  
  }
}

#define USERPath "0:/" 表示挂载的位置，这是由于FATFS初始化的时候链接的根目录为 0:/ ，所以挂载的文件系统需要在此目录下，当然也可以是此目录下的路径，如0:/hello，但不能是其他目录，如 1:/

测试结果如下：

main.c完整内容如下：

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * Copyright (c) 2023 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.
  *
  * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
  * in the root directory of this software component.
  * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "fatfs.h"
#include "sdio.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */

#include <stdio.h>
#include "fatfs.h"
/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

HAL_SD_CardInfoTypeDef  SDCardInfo;    
void printf_sdcard_info(void)
{
	uint64_t CardCap;                       //SD卡容釿
	HAL_SD_CardCIDTypeDef SDCard_CID; 

	HAL_SD_GetCardCID(&hsd,&SDCard_CID);	//获取CID
	HAL_SD_GetCardInfo(&hsd,&SDCardInfo);   //获取SD卡信恿
	CardCap=(uint64_t)(SDCardInfo.LogBlockNbr)*(uint64_t)(SDCardInfo.LogBlockSize);	//计算SD卡容釿
	switch(SDCardInfo.CardType)
	{
		case CARD_SDSC:
		{
			if(SDCardInfo.CardVersion == CARD_V1_X)
				printf("Card Type:SDSC V1\r\n");
			else if(SDCardInfo.CardVersion == CARD_V2_X)
				printf("Card Type:SDSC V2\r\n");
		}
		break;
		case CARD_SDHC_SDXC:printf("Card Type:SDHC\r\n");break;
		default:break;
	}	
		
    printf("Card ManufacturerID: %d \r\n",SDCard_CID.ManufacturerID);				//制鿠商ID	
 	printf("CardVersion:         %d \r\n",(uint32_t)(SDCardInfo.CardVersion));		//卡版本号
	printf("Class:               %d \r\n",(uint32_t)(SDCardInfo.Class));		    //SD卡类刿
 	printf("Card RCA(RelCardAdd):%d \r\n",SDCardInfo.RelCardAdd);					//卡相对地坿
	printf("Card BlockNbr:       %d \r\n",SDCardInfo.BlockNbr);						//块数釿
 	printf("Card BlockSize:      %d \r\n",SDCardInfo.BlockSize);					//块大尿
	printf("LogBlockNbr:         %d \r\n",(uint32_t)(SDCardInfo.LogBlockNbr));		//逻辑块数釿
	printf("LogBlockSize:        %d \r\n",(uint32_t)(SDCardInfo.LogBlockSize));		//逻辑块大尿
	printf("Card Capacity:       %d MB\r\n",(uint32_t)(CardCap>>20));				//卡容釿
}

int fputc(int ch, FILE *f)
{
	HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1,0xffff);
	return (ch);
}

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */
#define USERPath "0:/"
  
  BYTE write_buf[] = "\r\n\r\n\
hello world!\r\n\
开发者社区的明天需要大家一同开源共创，期待下一次你的分享，让我们一同携手共进，推动人类科技的发展！！！\r\n\
创作不易，转载请注明出处~\r\n\
更多文章敬请关注：爱出名的狗腿子\r\n\r\n\
";
  BYTE read_buf[1024] = {0};
  UINT num;
  FRESULT ret;
  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_SDIO_SD_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_FATFS_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  
  /* 挂载文件系统，挂载的时候会完成对应硬件设备（SD卡/SDnand）初始化 */
  ret = f_mount(&SDFatFS, USERPath, 1);
  if (ret != FR_OK) {
    printf("f_mount error!\r\n");
    goto mount_error;
  } else if(ret == FR_NO_FILESYSTEM) {         /* 检测是否存在文件系统，如果没有则进行格式化 */
    printf("未检测到FATFS文件系统，执行格式化...\r\n");
    ret = f_mkfs(USERPath, 0, 0);
    if(ret == FR_OK) {
      printf("格式化成功！\r\n");
      f_mount(NULL, USERPath, 1); /* 先取消挂载，后重新挂载 */
      ret = f_mount(&SDFatFS, USERPath, 1);
    } else {
      printf("格式化失败！\r\n");
      goto mount_error;
    }
  } else {
    printf("f_mount success!\r\n");
  }
  
  /* 读写测试 */
  printf("\r\n ========== write test ==========\r\n");
  ret = f_open(&SDFile, "hello.txt", FA_CREATE_ALWAYS | FA_WRITE);
  if(ret == FR_OK) {
    printf("open file sucess!\r\n");
    ret = f_write(&SDFile, write_buf, sizeof(write_buf), &num);
    if(ret == FR_OK) {
      printf("write \"%s\" success!\r\nwrite len：%d\r\n", write_buf, num);
    } else {
      printf("write error! ret:%d \r\n", ret);
      goto rw_error;
    }
    f_close(&SDFile);
  } else {
    printf("open file error!\r\n");
    goto rw_error;
  }
	
  printf("\r\n ========== read test ==========\r\n");
	ret = f_open(&SDFile, "hello.txt",FA_OPEN_EXISTING | FA_READ); 	 
	if(ret == FR_OK) {
    printf("open file sucess!\r\n");
		ret = f_read(&SDFile, read_buf, sizeof(read_buf), &num); 
    if(ret == FR_OK) {
      printf("read data:\"%s\"!\r\nread len：%d\r\n", read_buf, num);
    } else {
      printf("read error! ret:%d \r\n", ret);
      goto rw_error;
    }
	} else {
    printf("open file error!\r\n");
    goto rw_error;
	}

rw_error:
	f_close(&SDFile);	
  
mount_error:
	f_mount(NULL, USERPath, 1);
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/* USER CODE BEGIN 4 */

/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

3.4 配置问题记录

3.4.1 CubeMx生成代码bug

测试发现，使用CubeMx当前最新版本：V6.8.0版本，生成代码会存在以下问题：

• SD卡/SDnand 卡片信息读取成功，但是读写测试失败

经过仔细分析代码后发现，出现的问题在 MX_SDIO_SD_Init() 此初始化函数内的配置项错误导致，具体分析如下：

1. 我们在CubeMx里面配置的时候选择的是4线宽度模式 SD 4bit Wide bus

2. v6.8.0版本CubeMx生成的 MX_SDIO_SD_Init() SD初始化函数内，hsd.Init.BusWide = SDIO_BUS_WIDE_4B;

3. 看上去没有什么问题，配置4线模式，对应的初始化项也使用4线模式，但是不然，我们继续分析 MX_SDIO_SD_Init() 此初始配置的调用

4. MX_SDIO_SD_Init() 此函数在main函数内初始化的时候调用，此函数只配置了 hsd 结构体，并未配置给SDIO硬件寄存器

5. 之后调用 SD_Driver.disk_initialize(0); 函数的时候才真正开始进行SDIO外设配置
   BSP_SD_Init()
     ->HAL_SD_Init()
       ->HAL_SD_InitCard()

   在 HAL_SD_InitCard() 函数内使用Init结构体配置SDIO外设，总线宽度1bit，时钟速度<400k，以进行卡片的初始化识别。

         -> SD_InitCard()
           -> SDIO_Init(hsd->Instance, hsd->Init)
         -> SDMMC_CmdBlockLength(hsd->Instance, BLOCKSIZE)

   · 在 SD_InitCard() 函数内实现SD卡的初始化识别，之后调用 SDIO_Init() 将 MX_SDIO_SD_Init() 内对 hsd 的配置配置给SDIO外设，此处的作用主要是提升SDIO外设时钟速率为我们配置的速率；
   · v6.8.0版本的代码此时hsd.Init.BusWide = SDIO_BUS_WIDE_4B; ，因此v6.8.0版本代码后续SDIO外设使用4线通讯；
   · 之后调用 SDMMC_CmdBlockLength() 设置块大小，由于SDIO外设已切换到4线模式，而SD卡/SDnand此时仍然处于1线模式，因此配置会出错

      -> HAL_SD_ConfigWideBusOperation(&hsd, SDIO_BUS_WIDE_4B)

   根据前面获取到的SD卡SCR寄存器值，判断是否支持4线模式，如果支持则发送配置命令通知SD卡/SDnand进入4线模式，之后修改SDIO外设总线宽度为4线模式

6. 通过以上分析可知，MX_SDIO_SD_Init() 函数内对 hsd.Init.BusWide = SDIO_BUS_WIDE_4B; 的配置会导致对SD卡块大小的配置失败，从而导致后续读写时失败，报错为块大小设置失败！

7. 综上，针对当前最新版本 V6.8.0 版本CubeMx的处理方法是：手动修改此 hsd.Init.BusWide 配置为 SDIO_BUS_WIDE_1B 或更换低版本CubeMx，本人更换V6.6.1版本后无此bug。

3.4.2 SD插入检测引脚配置

使用CubeMx配置FATFS 选择 SD Card 之后，有一个配置参数，用来配置SD Card的输入检测引脚。如果我们在硬件上有设计SD卡的卡槽插入检测引脚插入连接到了MCU的IO，则可配置对应IO为输入模式，并设置对应IO为输入检测引脚，比如，我们设置PD12为输入检测引脚，则配置如下：

对应代码如下，输入检测 IO 低电平有效！

如果硬件上，没有此插入检测引脚，则可以在CubeMx内不进行配置，只是在生成代码的时候会提示警报而已，可以不用关心，生成的代码项会自动屏蔽插入检测！

4. 结束语

• 以上便是本文的全部内容了，欢迎大家评论区留言讨论！

• 关于SD卡/SD nand的其他有关技术文章，推荐大家关注：SD nand专栏（点击跳转!!!）

• 使用CubeMx虽然能帮助我们快速生成驱动，但是对于SD卡/SD nand的驱动流程，我们还是需要有清晰的认识，推荐阅读： SD Nand 与 SD卡 SDIO模式应用流程（点击跳转!!!）

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