Подключение sd карты к микроконтроллеру.
В одной из прошлых статей, мы выводили картинку на дисплей с sd карточки, но в ней были упущены некоторые моменты, первый — подключение самой карточки, второй — была рассмотрена лишь часть функций библиотеки Petit FatFs, давайте остановимся на этих моментах подробнее.
Общение с карточкой возможно по одному из двух интерфейсов, SPI или SD.
Надо сказать, что SD интерфейс может работать в однобитном и четырёхбитном режимах.
Схема подключения карточки по SPI стандартная и выглядит следующим образом, не используемые выводы карточки нужно с помощью резистора 10К подтянуть к питанию.
Но в любительских конструкциях зачастую пренебрегают подтягивающими резисторами, упрощая схему подключения.
Надо отметить, что при подключении по SPI карточка очень требовательна к напряжению питания и небольшая просадка питающего напряжения приводит к неработоспособности карточки, это проверено на личном опыте, по поводу SD интерфейса сказать нечего, ещё не пробовал. Это всё писал к тому, что по питанию обязательно ставить конденсаторы. Что касается дросселя, он должен быть рассчитан на ток до 100мА, но ставить его необязательно.
На схемах, изображённых выше видно, что для работы карточке необходимо 3.3 вольта, соответственно, в линиях передачи данных напряжение не должно выходить за диапазон 0 – 3.3 вольт и тут возникает вопрос, что делать если МК питается от 5 вольт?
Ответ прост, надо согласовать линии передачи данных, а сделать это можно с помощью обычного резистивного делителя.
На схеме видно, что линию MISO согласовывать не надо так, как по этой линии данные передаются от карточки к МК.
На самом деле, мало кто подключает карточку напрямую к МК, гораздо удобнее подключить к МК разъём для карточки или купить шилд с разъемом и всей необходимой обвязкой.
С подключением разобрались, давайте теперь рассмотрим как пользоваться библиотекой Petit FatFs, которая предназначена для 8-битных микроконтроллеров с малым размером памяти.
Библиотека состоит из 5 файлов:
integer.h - заголовочный файл в котором описаны основные типы данных.
diskio.h - заголовочный файл в котором объявлены прототипы низкоуровневых функций для работы с диском и статусные коды, которые они возвращают.
diskio.c - в этом файле должны быть реализованы низкоуровневые функции, изначально там "заглушки".
pffсonf.h - конфигурационный файл.
pff.h - заголовочный файл в котором объявлены прототипы функций взаимодействия с файловой системой диска.
pff.c - файл содержит реализации функций для взаимодействия с файловой системой диска.
Видно, что для того чтобы библиотека заработала необходимо реализовать низкоуровневые функции. Но если речь идет о AVR или PIC, для них сайте можно скачать пример работы с библиотекой, в котором есть файл mmc, в нем уже реализованы низкоуровневые функции. Также необходимо задать конфигурацию библиотеки в файле pff.h и написать функции необходимые для работы SPI.
Функции Petit FatFs.
FRESULT pf_mount (FATFS*) — функция монтирует/демонтирует диск. Эту функцию необходимо вызывать до начала работы с диском, если вызвать функцию с нулевым указателем диск демонтируется. Функция может быть вызвана в любой момент времени.
Параметры
FATFS* fs — указатель на объект типа FATFS, описание этой структуры можно посмотреть в файле pff.h. Нам надо всего лишь объявить переменную такого типа.
Возвращаемые значения:
FR_OK (0) — возвращается в случае успешного выполнения функции
FR_NOT_READY — устройство не может быть инициализировано
FR_DISK_ERR — возникла ошибка во время чтения с диска
FR_NO_FILESYSTEM — на диске нет правильного раздела FAT
FRESULT pf_open (const char* path) — функция открывает существующий файл. После того как файл открыт с ним можно работать, то есть читать из него и записывать в него. С открытым файлом можно работать до тех пор, пока не будет открыт другой файл. Функция может быть вызвана в любой момент времени.
Параметры
const char* path — указатель на строку, указывающую путь к файлу. Путь надо указывать полностью относительно корневой директории, разделяя директории слэшем.
Возвращаемые значения:
FR_OK (0) — возвращается в случае успешного выполнения функции
FR_NO_FILE — файл не найден
FR_DISK_ERR — ошибка диска
FR_NOT_ENABLED — диск не был смонтирован
FRESULT pf_read(void* buff, WORD btr, WORD* br) — функция читает указанное количество байт из файла и сохраняет их в буфер. Если количество прочитанных байт меньше чем указано, значит был достигнут конец файла. Для того чтобы функция работала в файле pffconf.h надо записать
#define _USE_READ 1
Параметры:
void* buff — указатель на буфер, в котором сохраняются прочитанные данные
WORD btr — количество байт, которые нужно прочитать
WORD* br — указатель на переменную, в которой хранится количество прочитанных байт.
Возвращаемые значения:
FR_OK (0) — возвращается в случае успешного выполнения функции
FR_DISK_ERR — ошибка диска
FR_NOT_OPENED — файл не был открыт
FR_NOT_ENABLED — диск не был смонтирован
FRESULT pf_write(const void* buff, WORD btw, WORD* bw) — функция позволяет записывать данные в открытый файл. Для того чтобы функция работала в файле pffconf.h надо записать
#define _USE_WRITE 1
Параметры:
void* buff — указатель на буфер, который хотим записать, нулевое значение финализирует запись
WORD btw — количество байт, которые хотим записать
WORD* bw — указатель на переменную, хранящий количество байт, которые удалось записать. Анализируя, эту переменную можно узнать был ли достигнут конец файла.
Возвращаемые значения:
FR_OK (0) — возвращается в случае успешного выполнения функции
FR_DISK_ERR — ошибка диска
FR_NOT_OPENED — файл не был открыт
FR_NOT_ENABLED — диск не был смонтирован
Из-за того, что библиотека рассчитана на микроконтроллеры с малым объемом памяти, эта функция имеет ряд ограничений:
Для того чтобы понять предпоследний пункт, надо знать, что память карточки разбита на блоки(сектора) по 512 байт и запись можно начать только с начала сектора. Таким образом если мы хотим записать 1000 байт, то первый сектор запишется полностью, а во второй запишется только 488 байт, а оставшиеся 24 байта заполнятся нулями.
Для записи в открытый файл надо выполнить следующие действия:
Для того, чтобы привести пример работы функции записи необходимо рассмотреть ещё одну функцию.
FRESULT pf_lseek(DWORD offset) - устанавливает указатель чтения/записи в открытом файле. Устанавливать указатель можно абсолютным или относительным смещением, для абсолютного смещения необходимо передать в функцию число
для относительного, передать значение указателя на текущую позицию fs.fptr и величину смещения
Для того чтобы функция работала в файле pffconf.h надо записать
#define _USE_LSEEK 1
Параметры:
DWORD offset - количество байт, на которые нужно сместить указатель.
Возвращаемые значения:
FR_OK (0) — возвращается в случае успешного выполнения функции
FR_DISK_ERR — ошибка диска
FR_NOT_OPENED — файл не был открыт
Записать данные в файл можно следующим образом.
Также оставляю тут кусок реально работающего кода, в котором используются все выше описанные функции.
FRESULT pf_opendir(DIR* dp, const char * path) — функция открывает существующую директорию и создает указатель на объект типа DIR, который будет использоваться для получения списка файлов открытой директории.
Для того чтобы функция работала в файле pffconf.h надо записать
#define _USE_DIR 1
Параметры:
DIR *dp — указатель на переменную типа DIR.
const char * path — указатель на строку, которая содержит путь к директории, директории разделяются слэшем
Возвращаемые значения:
FR_OK (0) — возвращается в случае успешного выполнения функции
FR_NO_PATH — не удалось найти путь
FR_NOT_READY — не удалось инициализировать диск
FR_DISK_ERR — ошибка диска
FR_NOT_ENABLED — диск не был смонтирован
FRESULT pf_readdir(DIR* dp, FILINFO* fno) — функцию позволяет прочитать содержимое директории. Для этого нужно открыть директорию с помощью функции pf_opendir() и вызывать pf_readdir(). Каждый раз при вызове функция будет возвращать название объекта(папки/файла) лежащего в указанной директории. Когда она пройдется по всем объектам, вернет нулевую строку в элементе массива fno.fname[].
Для того чтобы функция работала в файле pffconf.h надо записать
#define _USE_DIR 1
Параметры:
DIR *dp — указатель на переменную типа DIR, которая должна быть предварительно объявлена
FILINFO *fno — указатель на переменную типа FILINFO, которая должна быть предварительно объявлена.
Возвращаемые значения:
FR_OK - успешное завершение функции
FR_DISK_ERR - ошибка диска
FR_NOT_OPENED - не открыта директория
Ну и напоследок оставлю тут рабочий проект .
Шилд брал тут.
Общение с карточкой возможно по одному из двух интерфейсов, SPI или SD.
Надо сказать, что SD интерфейс может работать в однобитном и четырёхбитном режимах.
Схема подключения карточки по SPI стандартная и выглядит следующим образом, не используемые выводы карточки нужно с помощью резистора 10К подтянуть к питанию.
Но в любительских конструкциях зачастую пренебрегают подтягивающими резисторами, упрощая схему подключения.
Надо отметить, что при подключении по SPI карточка очень требовательна к напряжению питания и небольшая просадка питающего напряжения приводит к неработоспособности карточки, это проверено на личном опыте, по поводу SD интерфейса сказать нечего, ещё не пробовал. Это всё писал к тому, что по питанию обязательно ставить конденсаторы. Что касается дросселя, он должен быть рассчитан на ток до 100мА, но ставить его необязательно.
На схемах, изображённых выше видно, что для работы карточке необходимо 3.3 вольта, соответственно, в линиях передачи данных напряжение не должно выходить за диапазон 0 – 3.3 вольт и тут возникает вопрос, что делать если МК питается от 5 вольт?
Ответ прост, надо согласовать линии передачи данных, а сделать это можно с помощью обычного резистивного делителя.
На схеме видно, что линию MISO согласовывать не надо так, как по этой линии данные передаются от карточки к МК.
На самом деле, мало кто подключает карточку напрямую к МК, гораздо удобнее подключить к МК разъём для карточки или купить шилд с разъемом и всей необходимой обвязкой.
С подключением разобрались, давайте теперь рассмотрим как пользоваться библиотекой Petit FatFs, которая предназначена для 8-битных микроконтроллеров с малым размером памяти.
Библиотека состоит из 5 файлов:
integer.h - заголовочный файл в котором описаны основные типы данных.
diskio.h - заголовочный файл в котором объявлены прототипы низкоуровневых функций для работы с диском и статусные коды, которые они возвращают.
diskio.c - в этом файле должны быть реализованы низкоуровневые функции, изначально там "заглушки".
pffсonf.h - конфигурационный файл.
pff.h - заголовочный файл в котором объявлены прототипы функций взаимодействия с файловой системой диска.
pff.c - файл содержит реализации функций для взаимодействия с файловой системой диска.
Видно, что для того чтобы библиотека заработала необходимо реализовать низкоуровневые функции. Но если речь идет о AVR или PIC, для них сайте можно скачать пример работы с библиотекой, в котором есть файл mmc, в нем уже реализованы низкоуровневые функции. Также необходимо задать конфигурацию библиотеки в файле pff.h и написать функции необходимые для работы SPI.
Функции Petit FatFs.
FRESULT pf_mount (FATFS*) — функция монтирует/демонтирует диск. Эту функцию необходимо вызывать до начала работы с диском, если вызвать функцию с нулевым указателем диск демонтируется. Функция может быть вызвана в любой момент времени.
Параметры
FATFS* fs — указатель на объект типа FATFS, описание этой структуры можно посмотреть в файле pff.h. Нам надо всего лишь объявить переменную такого типа.
Возвращаемые значения:
FR_OK (0) — возвращается в случае успешного выполнения функции
FR_NOT_READY — устройство не может быть инициализировано
FR_DISK_ERR — возникла ошибка во время чтения с диска
FR_NO_FILESYSTEM — на диске нет правильного раздела FAT
FATFS fs;//объявляем объект типа FATFS
//монтируем диск
if (pf_mount(&fs) == FR_OK )
{
//диск смонтирован, работаем с ним
//демонтируем диск
pf_mount(NULL);
}
else
{
//не удалось смонтировать диск
}
FRESULT pf_open (const char* path) — функция открывает существующий файл. После того как файл открыт с ним можно работать, то есть читать из него и записывать в него. С открытым файлом можно работать до тех пор, пока не будет открыт другой файл. Функция может быть вызвана в любой момент времени.
Параметры
const char* path — указатель на строку, указывающую путь к файлу. Путь надо указывать полностью относительно корневой директории, разделяя директории слэшем.
Возвращаемые значения:
FR_OK (0) — возвращается в случае успешного выполнения функции
FR_NO_FILE — файл не найден
FR_DISK_ERR — ошибка диска
FR_NOT_ENABLED — диск не был смонтирован
FATFS fs;//объявляем объект типа FATFS
//монтируем диск
if (pf_mount(&fs) == FR_OK )
{
//открываем файл лежащий в корневой директории
if(pf_open("hello.txt") == FR_OK)
{
//делаем что-то
}
//открываем файл лежащий в папке new
if(pf_open("new/hello.txt") == FR_OK)
{
//делаем что-то
}
//демонтируем диск
pf_mount(NULL);
}
else
{
//не удалось смонтировать диск
}
FRESULT pf_read(void* buff, WORD btr, WORD* br) — функция читает указанное количество байт из файла и сохраняет их в буфер. Если количество прочитанных байт меньше чем указано, значит был достигнут конец файла. Для того чтобы функция работала в файле pffconf.h надо записать
#define _USE_READ 1
Параметры:
void* buff — указатель на буфер, в котором сохраняются прочитанные данные
WORD btr — количество байт, которые нужно прочитать
WORD* br — указатель на переменную, в которой хранится количество прочитанных байт.
Возвращаемые значения:
FR_OK (0) — возвращается в случае успешного выполнения функции
FR_DISK_ERR — ошибка диска
FR_NOT_OPENED — файл не был открыт
FR_NOT_ENABLED — диск не был смонтирован
FATFS fs;//объявляем объект типа FATFS
BYTE buff[10];//буфер для чтения файла
WORD br; //счетчик прочитанных байт
//монтируем диск
if (pf_mount(&fs) == FR_OK )
{
//открываем файл лежащий в корневой директории
if(pf_open("hello.txt") == FR_OK)
{
//читаем из него 10 байт
pf_read(buff, 10, &br);
if(br != 10)
{
//если br не равно 10
//значит мы достигли конца файла
}
}
}
FRESULT pf_write(const void* buff, WORD btw, WORD* bw) — функция позволяет записывать данные в открытый файл. Для того чтобы функция работала в файле pffconf.h надо записать
#define _USE_WRITE 1
Параметры:
void* buff — указатель на буфер, который хотим записать, нулевое значение финализирует запись
WORD btw — количество байт, которые хотим записать
WORD* bw — указатель на переменную, хранящий количество байт, которые удалось записать. Анализируя, эту переменную можно узнать был ли достигнут конец файла.
Возвращаемые значения:
FR_OK (0) — возвращается в случае успешного выполнения функции
FR_DISK_ERR — ошибка диска
FR_NOT_OPENED — файл не был открыт
FR_NOT_ENABLED — диск не был смонтирован
Из-за того, что библиотека рассчитана на микроконтроллеры с малым объемом памяти, эта функция имеет ряд ограничений:
- нельзя создавать новые файлы, а записывать можно только в существующие
- нельзя увеличивать размер файла
- нельзя обновить временную метку
- операцию записи можно начать/остановить только на границе сектора
- файловый атрибут "только для чтения" не может запретить запись
Для того чтобы понять предпоследний пункт, надо знать, что память карточки разбита на блоки(сектора) по 512 байт и запись можно начать только с начала сектора. Таким образом если мы хотим записать 1000 байт, то первый сектор запишется полностью, а во второй запишется только 488 байт, а оставшиеся 24 байта заполнятся нулями.
Для записи в открытый файл надо выполнить следующие действия:
- установить указатель на границу сектора, если установить не на границу, то указатель будет округлен до нижней границы сектора
- вызвать функцию записи нужное количество раз
- финализировать запись, вызвав функцию с нулевым указателем
Для того, чтобы привести пример работы функции записи необходимо рассмотреть ещё одну функцию.
FRESULT pf_lseek(DWORD offset) - устанавливает указатель чтения/записи в открытом файле. Устанавливать указатель можно абсолютным или относительным смещением, для абсолютного смещения необходимо передать в функцию число
pf_lseek(5000);для относительного, передать значение указателя на текущую позицию fs.fptr и величину смещения
pf_lseek(fs.fptr + 3000);Для того чтобы функция работала в файле pffconf.h надо записать
#define _USE_LSEEK 1
Параметры:
DWORD offset - количество байт, на которые нужно сместить указатель.
Возвращаемые значения:
FR_OK (0) — возвращается в случае успешного выполнения функции
FR_DISK_ERR — ошибка диска
FR_NOT_OPENED — файл не был открыт
Записать данные в файл можно следующим образом.
FATFS fs;//объявляем объект типа FATFS
BYTE buff[10];//буфер для чтения файла
WORD br; //счетчик прочитанных байт
//монтируем диск
if (pf_mount(&fs) == FR_OK )
{
//открываем файл лежащий в корневой директории
if(pf_open("hello.txt") == FR_OK)
{
//устанавливаем указатель на первый сектор
pf_lseek(0);
//записываем
pf_write(buff, 10, &br);
//финализируем запись
pf_write(0, 0, &br);
}
}
Также оставляю тут кусок реально работающего кода, в котором используются все выше описанные функции.
#define F_CPU 8000000UL
#define buff_size 10
#include <stdlib.h>
#include <avr/io.h>
#include "diskio.h"
#include "pff.h"
#include "spi.h"
FATFS fs;//объявляем объект типа FATFS
BYTE read_buff[buff_size];//буфер для чтения файла
BYTE write_buff[buff_size] = "hello word";////буфер для записи в файл
UINT br; //счетчик прочитанных байт
int main(void)
{
//монтируем диск
if (pf_mount(&fs) == FR_OK )
{
//открываем файл лежащий в папке new
if(pf_open("new/hello.txt") == FR_OK)
{
//устанавливаем указатель записи
pf_lseek(0);
//записываем
pf_write(write_buff, buff_size, &br);
//финализируем запись
pf_write(0, 0, &br);
//устанавливаем указатель чтения
pf_lseek(0);
//читаем то, что записали
pf_read(read_buff, buff_size, &br);
if(br != buff_size)
{
//если br не равно buff_size
//значит мы достигли конца файла
}
}
//демонтируем диск
pf_mount(NULL);
}
while(1)
{
}
}
FRESULT pf_opendir(DIR* dp, const char * path) — функция открывает существующую директорию и создает указатель на объект типа DIR, который будет использоваться для получения списка файлов открытой директории.
Для того чтобы функция работала в файле pffconf.h надо записать
#define _USE_DIR 1
Параметры:
DIR *dp — указатель на переменную типа DIR.
const char * path — указатель на строку, которая содержит путь к директории, директории разделяются слэшем
Возвращаемые значения:
FR_OK (0) — возвращается в случае успешного выполнения функции
FR_NO_PATH — не удалось найти путь
FR_NOT_READY — не удалось инициализировать диск
FR_DISK_ERR — ошибка диска
FR_NOT_ENABLED — диск не был смонтирован
//объявляем переменные
FATFS fs;
DIR dir;
//монтируем диск
pf_mount(&fs);
//открываем директорию
pf_opendir(&dir, "MY_FOLDER");
FRESULT pf_readdir(DIR* dp, FILINFO* fno) — функцию позволяет прочитать содержимое директории. Для этого нужно открыть директорию с помощью функции pf_opendir() и вызывать pf_readdir(). Каждый раз при вызове функция будет возвращать название объекта(папки/файла) лежащего в указанной директории. Когда она пройдется по всем объектам, вернет нулевую строку в элементе массива fno.fname[].
Для того чтобы функция работала в файле pffconf.h надо записать
#define _USE_DIR 1
Параметры:
DIR *dp — указатель на переменную типа DIR, которая должна быть предварительно объявлена
FILINFO *fno — указатель на переменную типа FILINFO, которая должна быть предварительно объявлена.
Возвращаемые значения:
FR_OK - успешное завершение функции
FR_DISK_ERR - ошибка диска
FR_NOT_OPENED - не открыта директория
FATFS fs;
FRESULT res;
FILINFO fno;
DIR dir;
//монтируем диск
pf_mount(&fs);
//открываем директорию
res = pf_opendir(&dir, MY_FOLDER);
//читаем содержимое директории
for(;;){
res = pf_readdir(&dir, &fno);
//проверяем не возникло ли ошибок при чтении
// и есть ли еще файлы в указанной директории
if ((res != FR_OK) || (fno.fname[0] == 0)){
break;
}
//выводим удобным способом fno.fname
usart_sendStr(fno.name);
usart_sendStr(/r);
}
Ну и напоследок оставлю тут рабочий проект .
Шилд брал тут.
Похожие статьи
