# STM32H7S78-DK 开发套件三周目评测：简单声音采集保存之使用 SD 卡读写的实现与分析

ccccccc@ · 发表于2024-10-31 17:34

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该项目包括了保存录音、按键控制、串口控制、频率成分分析与分类等功能，逐步进行完成。

首先进行sd读写的开。在嵌入式开发中，尤其在无操作系统的裸机环境下，SD卡是实现大容量数据存储的重要组件。

## 1. 硬件连接

在开始CubeMX配置前，需要先了解引脚的配置。

<ignore_js_op>

<div class="tip tip_4 aimg_tip" id="aimg_857240_menu" style="position: absolute; display: none" disautofocus="true">
<div class="xs0">
<p><strong>Screenshot_20241031_162606.png</strong> <em class="xg1">(21.28 KB, 下载次数: 0)</em></p>
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<a href="javascript:;" class="loginf" >下载附件</a>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_857240" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=857240&handlekey=savephoto_857240">保存到相册</a>

</p>

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<div class="tip_horn"></div>
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<div class="tip tip_4 aimg_tip" id="aimg_857241_menu" style="position: absolute; display: none" disautofocus="true">
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<p><strong>Screenshot_20241031_164031.png</strong> <em class="xg1">(26.61 KB, 下载次数: 0)</em></p>
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<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_857241" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=857241&handlekey=savephoto_857241">保存到相册</a>

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</div>
<div class="tip_horn"></div>
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### 1.1 数据引脚连接

<ignore_js_op>

<div class="tip tip_4 aimg_tip" id="aimg_857242_menu" style="position: absolute; display: none" disautofocus="true">
<div class="xs0">
<p><strong>Screenshot_20241031_161816.png</strong> <em class="xg1">(60.66 KB, 下载次数: 0)</em></p>
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<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_857242" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=857242&handlekey=savephoto_857242">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

- **D0 - D3**：将SD卡的数据引脚D0-D3分别连接到STM32的PC8、PC9、PC10、PC11。
- **CMD**：将SD卡的CMD引脚连接到STM32的PD2，用于命令传输。
- **CLK**：将SD卡的CLK引脚连接到STM32的PC12，提供时钟信号。
- **SD_Detect**：将SD卡的SD_Detect引脚连接至GPIO（PM14），用于检测SD卡插入状态。

具体连接示例代码：

```c
// 配置引脚，在CubeMX中生成的初始化代码中可见
void MX_GPIO_Init(void) {
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

// Enable clock for GPIOC and GPIOD
  __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOM_CLK_ENABLE();// 使能PM14引脚所在的GPIO时钟

// 配置SDMMC引脚：CMD (PD2), CLK (PC12), D0 (PC8), D1 (PC9), D2 (PC10), D3 (PC11)
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_11 | GPIO_PIN_12 | GPIO_PIN_2; 
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
  GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF12_SDMMC1;
  HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);
  
  // 配置SD_Detect引脚 (PM14)
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_14;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; // 内部上拉电阻
  HAL_GPIO_Init(GPIOM, &GPIO_InitStruct);
}
```

## 2. CubeMX 配置与代码实现

CubeMX能够简化SD卡和文件系统的配置，我们将通过它来生成SD卡的初始化代码，并使用FATFS文件系统以实现文件操作。这里选择FATFS文件系统方式除了是可以直接配置简单快捷外，使用eprom还有一些缺点：
1.没有文件系统，sd卡在电脑等设备无法读取。
2.读写速度慢、读写区域小。

### 2.1 CubeMX 配置步骤

#### 2.1.1 SDMMC 接口设置

1. 在CubeMX中打开**Peripherals -> SDMMC1**接口。
2. 将其模式设置为**4-bit**模式，以提升数据传输速率。
3. 在**Clock Configuration**中将SDMMC1的时钟频率调整为48MHz，以保证传输速率和稳定性。

#### 2.1.2 启用 FATFS 文件系统

1. 在**Middlewares**中启用FATFS支持，选择SDMMC1作为接口，以实现基于文件系统的操作。
2. 生成初始化代码，其中`fatfs.c`文件包含了文件系统初始化和读写的基本接口。

### 2.2 基本代码示例

接下来使用FATFS文件系统在SD卡上进行文件创建、写入和读取：

```c
#include "fatfs.h"
#include "sdmmc.h"
#include <stdio.h>

void SD_Test() {
  FATFS fs;
  FIL file;
  FRESULT res;
  UINT bw;

// 挂载文件系统
  res = f_mount(&fs, "0:", 1);
  if (res == FR_OK) {
  // 创建并写入文件
  res = f_open(&file, "0:/test.txt", FA_CREATE_ALWAYS | FA_WRITE);
  if (res == FR_OK) {
    char writeData[] = "Hello, SD Card!";
    f_write(&file, writeData, sizeof(writeData), &bw);
    f_close(&file);
  }

// 读取文件
  res = f_open(&file, "0:/test.txt", FA_READ);
  if (res == FR_OK) {
    char readData[32];
    f_read(&file, readData, sizeof(readData), &bw);
    printf("Read data: %s\n", readData);
    f_close(&file);
  }

// 卸载文件系统
  f_mount(NULL, "0:", 1);
  }
}
```

## 3. 不同 SD 卡读写方式与代码分析
当然在不同场景和需求下，对sd卡的读写操作应该有适当改变，才能提高效率、节省资源。

### 3.1 基于文件系统的标准读写

- **优点**：CubeMX自动生成FATFS代码，简化了文件操作流程，适用于低频存储。比如传感器的数据记录等。
- **缺点**：由于文件系统需要索引和管理结构，写入速度会受影响。
```c
void SD_WriteRead_FileSystem() {
  FATFS fs;
  FIL file;
  UINT bw, br;
  char writeData[] = "File System Write Test";
  char readData[32];

// 挂载文件系统
  f_mount(&fs, "0:", 1);

// 写入文件
  f_open(&file, "0:/filesystem.txt", FA_CREATE_ALWAYS | FA_WRITE);
  f_write(&file, writeData, sizeof(writeData), &bw);
  f_close(&file);

// 读取文件
  f_open(&file, "0:/filesystem.txt", FA_READ);
  f_read(&file, readData, sizeof(readData), &br);
  f_close(&file);

printf("Read Data: %s\n", readData);
  f_mount(NULL, "0:", 1);
}
```

### 3.2 扇区级块读写

- **优点**：直接操作扇区避免了文件系统开销，适合高频数据写入。比如音视频、网络文件等。
- **缺点**：需要手动管理数据位置和扇区分配，编程难度大。

```c
void SD_WriteBlock(uint32_t sector, uint8_t *data, uint32_t count) {
  if (HAL_SD_WriteBlocks(&hsd1, data, sector, count, HAL_MAX_DELAY) == HAL_OK) {
  printf("Block write success!\n");
  }
}

void SD_ReadBlock(uint32_t sector, uint8_t *data, uint32_t count) {
  if (HAL_SD_ReadBlocks(&hsd1, data, sector, count, HAL_MAX_DELAY) == HAL_OK) {
  printf("Block read success!\n");
  }
}
```

### 3.3 缓存 + 文件系统混合模式

- **优点**：使用缓存减少频繁写入，提升写入效率，适合音频等连续数据存储。
- **缺点**：占用较多RAM资源，需考虑系统内存限制。

```c
#define BUFFER_SIZE 512
uint8_t cacheBuffer[BUFFER_SIZE];

void SD_WriteCache(const char *data) {
  static uint32_t offset = 0;

while (*data) {
  cacheBuffer[offset++] = *data++;
  if (offset >= BUFFER_SIZE) {
    SD_WriteBlock(0, cacheBuffer, BUFFER_SIZE / 512); // 以块为单位写入
    offset = 0;
  }
  }
}
```

## 4. 音频数据存储的优化方案
考虑到录音是一个时效性很强的操作，所以对存储效率要求很高，下面是两个优化的方案。
### 4.1 双缓冲技术

设置两个缓冲区，交替写入SD卡以减小写入延时。

```c
uint8_t bufferA[BUFFER_SIZE];
uint8_t bufferB[BUFFER_SIZE];
volatile uint8_t *currentBuffer = bufferA;

void Audio_WriteToSD() {
  if (currentBuffer == bufferA) {
  SD_WriteBlock(0, bufferA, BUFFER_SIZE / 512);
  currentBuffer = bufferB;
  } else {
  SD_WriteBlock(0, bufferB, BUFFER_SIZE / 512);
  currentBuffer = bufferA;
  }
}
```

### 4.2 文件分段存储

音频数据按时间或大小分段存储，避免大文件操作带来的开销。

```c
void SaveAudioSegment(uint8_t *data, size_t size, uint8_t segmentNum) {
  char filename[20];
  sprintf(filename, "

audio_segment_%d.wav", segmentNum);
  f_open(&file, filename, FA_CREATE_ALWAYS | FA_WRITE);
  f_write(&file, data, size, &bw);
  f_close(&file);
}
```

cc1989summer

哥们，你这帖子在那干讲，没开发板跑的实物图啊。

ccccccc@

cc1989summer 发表于 2024-11-2 13:03 哥们，你这帖子在那干讲，没开发板跑的实物图啊。

后面加，哈哈哈

# STM32H7S78-DK 开发套件三周目评测：简单声音采集保存之使用 SD 卡读写的实现与分析 [复制链接]

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