SDNAND其他通信方法

SD NAND-贴片式TF卡-贴片式SD卡-免费测试2025-06-16246

除了使用 STM32F407 的 SDIO 接口，还可以通过以下几种方式实现与 SD NAND 的通信：

1. SPI 接口通信

SPI（Serial Peripheral Interface）是一种同步串行通信协议，通过 4 线（SCK、MOSI、MISO、CS）实现全双工通信。

优点：

硬件实现简单，仅需 4 根信号线
大多数 MCU 都支持 SPI 接口
无需专用 SDIO 控制器，兼容性强

缺点：

传输速率低于 SDIO（典型 SPI 为 10-50MHz，SDIO 可达 50-104MHz）
需要软件实现 SD 协议的命令和响应解析

实现步骤：

硬件连接：

STM32     SD NAND
------------------
SPI_SCK   CLK
SPI_MOSI  CMD
SPI_MISO  DATA0
GPIO_CS   CS（片选，部分SD NAND可能无此引脚）

软件配置：

配置 SPI 为主模式，时钟极性和相位（CPOL=0，CPHA=0）
实现 SD 协议的 SPI 模式命令集（如 CMD0、CMD1、CMD8 等）
注意 SPI 模式下的 SD 卡初始化流程与 SDIO 模式不同

示例代码（STM32 HAL 库）：

// 初始化SPI接口void SPI_Init(void) {
    __HAL_RCC_SPI1_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF5_SPI1;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    hspi.Instance = SPI1;
    hspi.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
    hspi.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
    hspi.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
    hspi.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;
    hspi.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;
    hspi.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;
    hspi.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_256; // 低速初始化
    hspi.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
    hspi.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;
    hspi.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
    HAL_SPI_Init(&hspi);}// 通过SPI发送SD命令uint8_t SPI_SendCommand(uint8_t cmd, uint32_t arg) {
    uint8_t response;
    uint8_t retry = 0;
    
    // 发送命令帧
    SPI_WriteByte(0x40 | cmd);        // 命令字节
    SPI_WriteByte((arg >> 24) & 0xFF); // 参数字节1
    SPI_WriteByte((arg >> 16) & 0xFF); // 参数字节2
    SPI_WriteByte((arg >> 8) & 0xFF);  // 参数字节3
    SPI_WriteByte(arg & 0xFF);         // 参数字节4
    
    if (cmd == 0) {                   // CMD0
        SPI_WriteByte(0x95);          // CRC校验
    } else if (cmd == 8) {            // CMD8
        SPI_WriteByte(0x87);          // CRC校验
    } else {
        SPI_WriteByte(0xFF);          // 其他命令不需要CRC
    }
    
    // 等待响应
    while ((response = SPI_ReadByte()) == 0xFF) {
        if (retry++ > 0x1F) return 0xFF; // 超时返回
    }
    
    return response;}

2. 位带操作（Bit-Banging）

通过普通 GPIO 引脚模拟 SDIO 或 SPI 协议的时序，手动控制每个信号的电平变化。

优点：

无需专用硬件接口，适用于任何 MCU
灵活性高，可自定义时序参数

缺点：

软件实现复杂，需精确控制时序
占用 CPU 资源，效率低
传输速率受限

实现步骤：

定义 GPIO 引脚：

#define SD_CLK_PIN  GPIO_PIN_0#define SD_CMD_PIN  GPIO_PIN_1#define SD_DATA0_PIN GPIO_PIN_2#define SD_PORT     GPIOA

实现位操作函数：

// 设置CLK引脚电平void SD_SetCLK(uint8_t state) {
    HAL_GPIO_WritePin(SD_PORT, SD_CLK_PIN, state ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);}// 发送一位数据void SD_SendBit(uint8_t bit) {
    HAL_GPIO_WritePin(SD_PORT, SD_CMD_PIN, bit ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
    SD_SetCLK(1);  // 上升沿
    SD_SetCLK(0);  // 下降沿}// 接收一位数据uint8_t SD_ReceiveBit(void) {
    SD_SetCLK(1);  // 上升沿采样
    uint8_t bit = HAL_GPIO_ReadPin(SD_PORT, SD_DATA0_PIN);
    SD_SetCLK(0);  // 下降沿
    return bit;}

3. 使用 DMA（直接内存访问）

结合 SDIO 或 SPI 接口，使用 DMA 实现高速数据传输，减少 CPU 干预。

优点：

大幅提高数据传输效率
降低 CPU 负载，适用于大数据块读写

缺点：

配置复杂，需处理 DMA 中断
增加内存访问竞争

实现步骤（以 SDIO+DMA 为例）：

使能 DMA 时钟：

__HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE();

配置 DMA 通道：

hdma_sdio_rx.Instance = DMA2_Stream3;hdma_sdio_rx.Init.Channel = DMA_CHANNEL_4;hdma_sdio_rx.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;hdma_sdio_rx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;hdma_sdio_rx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;hdma_sdio_rx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_WORD;hdma_sdio_rx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_WORD;hdma_sdio_rx.Init.Mode = DMA_NORMAL;hdma_sdio_rx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_VERY_HIGH;hdma_sdio_rx.Init.FIFOMode = DMA_FIFOMODE_ENABLE;hdma_sdio_rx.Init.FIFOThreshold = DMA_FIFO_THRESHOLD_FULL;hdma_sdio_rx.Init.MemBurst = DMA_MBURST_INC4;hdma_sdio_rx.Init.PeriphBurst = DMA_PBURST_INC4;HAL_DMA_Init(&hdma_sdio_rx);

关联 SDIO 与 DMA：

__HAL_LINKDMA(&hsd, hdmarx, hdma_sdio_rx);__HAL_LINKDMA(&hsd, hdmatx, hdma_sdio_tx);

4. USB Mass Storage 类（UMS）

通过 USB 接口将 SD NAND 模拟为 U 盘，实现与主机的数据交换。

优点：

支持即插即用，无需额外驱动
兼容所有支持 USB 存储的设备

缺点：

需要实现 USB 协议栈
受限于 USB 接口速度

实现步骤：

配置 USB 设备模式：

USBD_Init(&hUsbDeviceFS, &FS_Desc, DEVICE_FS);USBD_RegisterClass(&hUsbDeviceFS, &USBD_MSC);USBD_MSC_RegisterStorage(&hUsbDeviceFS, &USBD_Storage_Interface_fops_FS);USBD_Start(&hUsbDeviceFS);

实现存储接口回调实现存储接口回调函数：

tatic int8_t USBD_MSC_Init_FS(void);static int8_t USBD_MSC_DeInit_FS(void);static int8_t USBD_MSC_GetCapacity_FS(uint32_t *block_num, uint16_t *block_size);static int8_t USBD_MSC_IsReady_FS(void);static int8_t USBD_MSC_IsWriteProtected_FS(void);static int8_t USBD_MSC_Read_FS(uint8_t *buf, uint32_t blk_addr, uint16_t blk_len);static int8_t USBD_MSC_Write_FS(uint8_t *buf, uint32_t blk_addr, uint16_t blk_len);static int8_t USBD_MSC_GetMaxLUN_FS(void);

5. I2C 或 UART 转 SD 适配器

使用专用芯片（如 FT232R、CP2102）将 I2C 或 UART 转换为 SD 接口。

优点：

简化开发，无需实现复杂协议
适用于无 SDIO/SPI 接口的 MCU

缺点：

增加硬件成本
引入额外通信层，可能降低效率

实现步骤：

连接适配器：

MCU        适配器        SD NAND
----------------------------
I2C/UART   ↔   SD接口   ↔   SD卡

使用适配器提供的 API：

// 通过I2C发送数据到适配器HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, ADAPTER_ADDR, txBuffer, txSize, 1000);// 从适配器接收数据HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, ADAPTER_ADDR, rxBuffer, rxSize, 1000);