【Arduino & Esp32】SD卡读写

_npc_ 2024-01-22 原文

在程序下载前，需要断开 SD 卡供电，否则会出现报错。 【VSPI 除外】
SD 卡在复位或重启前（按下Esp32的复位键）断开 SD 卡供电，在程序进入 setup 函数后恢复供电（因此需要在 setup 函数中加入适当延时），否则 Esp32 会无限重启。【4 位 SD 总线模式、HSPI 会发生】

下载程序到 Esp32 时未断开 SD 卡供电，出现报错信息：Timed out waiting for packet header

一、4 位 SD 总线模式

硬件连线方式：

-----------------------------------------------
|  NodeMCU32s            |   SD Card          |
|  --------------------------------------------
|  GPIO12                |   D02              |
|  GPIO4                 |   D01              |
|  GPIO15                |   CMD(MOSI)        |
|  GPIO2                 |   D00(MISO)        |
|  GPIO14                |   CLK(SCK)         |
|  GPIO13                |   D03(SS)          |
|  GND                   |   GND              |
|  VCC(3.3v)             |   VCC              |
-----------------------------------------------

#include "FS.h"
#include "SD.h"
#include "SD_MMC.h"

void WriteFile(fs::FS &fs, const char *path, uint8_t *buf, int len)
{
  //unsigned long start_time = millis();
  Serial.printf("write [%s]...\n", path);

  File file = fs.open(path, FILE_WRITE);
  if (!file) {
    Serial.println("Failed to open file for writing");
    return;
  }
  
  if (!file.write(buf, len)) {
      Serial.println("Write failed");
      return;
    }

  file.flush();
  file.close();

  Serial.printf("Write [%s] Complete", path);
}

void ReadFile(fs::FS &fs, const char *path, uint8_t *buf, int len)
{
  Serial.printf("read [%s]...\n", path);

  File file = fs.open(path);
  if (!file) {
    Serial.println("Failed to open file for reading");
    return;
  }

  if (!file.read(buf, len)) {
      Serial.println("Read failed");
      return;
  }
  
  file.close();

  Serial.printf("Read [%s] Complete: %s", path, buf);
}

void testIO(fs::FS &fs)
{
  char buf[] = "hello world";

  WriteFile(fs, "/test.txt", (uint8_t *)buf, strlen(buf));
  ReadFile(fs, "/test.txt", (uint8_t *)buf, strlen(buf));
}

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Serial.begin(115200);

  Serial.println("请插入内存卡");
  delay(8000);

  /* SD_MMC 4-bit Mode */
  if (!SD_MMC.begin()) {
    Serial.println("Card Mount Failed");
    return;
  }
  testIO(SD_MMC);
  SD_MMC.end(); // 取消SD挂载

void loop() {
}

二、1 位 SD 总线模式

硬件连线方式：

-----------------------------------------------
|  NodeMCU32s            |   SD Card          |
|  --------------------------------------------
|  -                     |   D02              |
|  -                     |   D01              |
|  GPIO15                |   CMD(MOSI)        |
|  GPIO2                 |   D00(MISO)        |
|  GPIO14                |   CLK(SCK)         |
|  -                     |   D03(SS)          |
|  GND                   |   GND              |
|  VCC(3.3v)             |   VCC              |
-----------------------------------------------

#include "FS.h"
#include "SD.h"
#include "SD_MMC.h"

void WriteFile(fs::FS &fs, const char *path, uint8_t *buf, int len)
{
  //unsigned long start_time = millis();
  Serial.printf("write [%s]...\n", path);

  File file = fs.open(path, FILE_WRITE);
  if (!file) {
    Serial.println("Failed to open file for writing");
    return;
  }
  
  if (!file.write(buf, len)) {
      Serial.println("Write failed");
      return;
    }

  file.flush();
  file.close();

  Serial.printf("Write [%s] Complete", path);
}

void ReadFile(fs::FS &fs, const char *path, uint8_t *buf, int len)
{
  Serial.printf("read [%s]...\n", path);

  File file = fs.open(path);
  if (!file) {
    Serial.println("Failed to open file for reading");
    return;
  }

  if (!file.read(buf, len)) {
      Serial.println("Read failed");
      return;
  }
  
  file.close();

  Serial.printf("Read [%s] Complete: %s", path, buf);
}

void testIO(fs::FS &fs)
{
  char buf[] = "hello world";

  WriteFile(fs, "/test.txt", (uint8_t *)buf, strlen(buf));
  ReadFile(fs, "/test.txt", (uint8_t *)buf, strlen(buf));
}

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Serial.begin(115200);

  Serial.println("请插入内存卡");
  delay(8000);

  /* SD_MMC 1-bit Mode */
  if (!SD_MMC.begin("/cdcard", true)) {
    Serial.println("Card Mount Failed");
    return;
  }
  testIO(SD_MMC);
  SD_MMC.end(); // 取消SD挂载

void loop() {
}

三、HSPI 总线模式

硬件连线方式：

-----------------------------------------------
|  NodeMCU32s            |   SD Card          |
|  --------------------------------------------
|  -                     |   D02              |
|  -                     |   D01              |
|  GPIO13                |   CMD(MOSI)        |
|  GPIO12                |   D00(MISO)        |
|  GPIO14                |   CLK(SCK)         |
|  GPIO15                |   D03(SS)          |
|  GND                   |   GND              |
|  VCC(3.3v)             |   VCC              |
-----------------------------------------------

#include "FS.h"
#include "SD.h"
#include "SD_MMC.h"

void WriteFile(fs::FS &fs, const char *path, uint8_t *buf, int len)
{
  //unsigned long start_time = millis();
  Serial.printf("write [%s]...\n", path);

  File file = fs.open(path, FILE_WRITE);
  if (!file) {
    Serial.println("Failed to open file for writing");
    return;
  }
  
  if (!file.write(buf, len)) {
      Serial.println("Write failed");
      return;
    }

  file.flush();
  file.close();

  Serial.printf("Write [%s] Complete", path);
}

void ReadFile(fs::FS &fs, const char *path, uint8_t *buf, int len)
{
  Serial.printf("read [%s]...\n", path);

  File file = fs.open(path);
  if (!file) {
    Serial.println("Failed to open file for reading");
    return;
  }

  if (!file.read(buf, len)) {
      Serial.println("Read failed");
      return;
  }
  
  file.close();

  Serial.printf("Read [%s] Complete: %s", path, buf);
}

void testIO(fs::FS &fs)
{
  char buf[] = "hello world";

  WriteFile(fs, "/test.txt", (uint8_t *)buf, strlen(buf));
  ReadFile(fs, "/test.txt", (uint8_t *)buf, strlen(buf));
}

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Serial.begin(115200);

  Serial.println("请插入内存卡");
  delay(8000);

  /* SD SPI Mode at HSPI */
  SPIClass spi = SPIClass(HSPI);
  spi.begin(14 /* SCK */, 12 /* MISO */, 13 /* MOSI */, 15 /* SS */);
  if (!SD.begin(15 /* SS */, spi, 80000000)) {
    Serial.println("Card Mount Failed");
    return;
  }
  testIO(SD);
  SD_MMC.end(); // 取消SD挂载

void loop() {
}

采用 32GB 闪迪 TF卡出现以下问题：

换成 32GB Kingston TF 卡正常。如果还不正常可以尝试换容量小一点的 TF 卡。

四、VSPI 总线模式

硬件连线方式：

-----------------------------------------------
|  NodeMCU32s            |   SD Card          |
|  --------------------------------------------
|  -                     |   D02              |
|  -                     |   D01              |
|  GPIO23                |   CMD(MOSI)        |
|  GPIO19                |   D00(MISO)        |
|  GPIO18                |   CLK(SCK)         |
|  GPIO5                 |   D03(SS)          |
|  GND                   |   GND              |
|  VCC(3.3v)             |   VCC              |
-----------------------------------------------

#include "FS.h"
#include "SD.h"
#include "SD_MMC.h"

void WriteFile(fs::FS &fs, const char *path, uint8_t *buf, int len)
{
  //unsigned long start_time = millis();
  Serial.printf("write [%s]...\n", path);

  File file = fs.open(path, FILE_WRITE);
  if (!file) {
    Serial.println("Failed to open file for writing");
    return;
  }
  
  if (!file.write(buf, len)) {
      Serial.println("Write failed");
      return;
    }

  file.flush();
  file.close();

  Serial.printf("Write [%s] Complete", path);
}

void ReadFile(fs::FS &fs, const char *path, uint8_t *buf, int len)
{
  Serial.printf("read [%s]...\n", path);

  File file = fs.open(path);
  if (!file) {
    Serial.println("Failed to open file for reading");
    return;
  }

  if (!file.read(buf, len)) {
      Serial.println("Read failed");
      return;
  }
  
  file.close();

  Serial.printf("Read [%s] Complete: %s", path, buf);
}

void testIO(fs::FS &fs)
{
  char buf[] = "hello world";

  WriteFile(fs, "/test.txt", (uint8_t *)buf, strlen(buf));
  ReadFile(fs, "/test.txt", (uint8_t *)buf, strlen(buf));
}

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Serial.begin(115200);

  Serial.println("请插入内存卡");
  delay(8000);

  /* SD SPI Mode at VSPI */
  SPIClass spi = SPIClass(HSPI);
  spi.begin(18 /* SCK */, 19 /* MISO */, 23 /* MOSI */, 5 /* SS */);
  if (!SD.begin(5 /* SS */, spi, 80000000)) {
    Serial.println("Card Mount Failed");
    return;
  }
  testIO(SD);
  SD_MMC.end(); // 取消SD挂载

void loop() {
}

采用 32GB 闪迪 TF卡出现 VSPI 同样问题，换成 32GB Kingston TF 卡正常。

参考：
[1]: Arduino ESP32 读取SD卡接口选择参考 🚀
[2]: Arduino ESP32 使用HSPI和VSPI接口挂载SD卡区别 🚀
[3]: ESP32 使用HSPI 读写SD卡的方法 🚀
[4]: 玩转 ESP32 + Arduino (二十四) SD卡读写 🚀

五、关于 SD 卡

SD（安全数码卡，Secure Digital Memory Card），由 MMC 基础发展而来。

根据尺寸，可划分为SD card、miniSD、microSD(TF)。
根据容量，可划分为SDSC(<2GB)、SDHC(2~32GB)、SDXC(32GB~2TB)
SD 使用的总线协议：SD Bus、SPI Bus、UHS-Ⅱ Bus。
SD 卡上有一个 C 字包裹一个数字的图形，是一个写入速度的标准，这个标准主要有Class 2、Class 4、Class 6、Class10。
SD 卡上有一个 U 字包裹一个数字的图形，这个同 C 字图形一样，也是一个写入速度的标准，如果同时出现，只需要看速度最快的那个即可。
V+ 数字表示视频速度等级，用来表示最低读写速度。
V 下面一般有罗马数字 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，表示最低读写速度。Ⅰ只有一排金属触点，而其它有两排金属触点，数字越大，速度越快。（以Ⅰ为例，代表着UHS-1，Ultra High SpeedClass 1）
TF卡上有A1、A2（application performance class）标签，这种卡可用于手机扩容，因此划分等级用于说明程序打开速度，A2比A1快。

参考：
[1]: SD介绍 🚀
[2]: SD卡上的相关标志 🚀

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一、4 位 SD 总线模式

二、1 位 SD 总线模式

三、HSPI 总线模式

四、VSPI 总线模式

五、关于 SD 卡

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