基于CS的SD_NAND FLASH驱动

1.CS创世简介

创世半导体成立于2016年，在香港，韩国，中国设有办公室。创世成立是预见到5G，人工智能，物联网等行业的崛起。用户对芯片的需求会有新一个世代的要求。

创世半导体利用韩国，台湾地区的芯片设计能力和供应资源，在中国实现封装和测试，并提供本地化的服务与支持。目前专注于SD NAND存储产品的研发和生产。

2016年，创世推出了第一代SD NAND，给客户提供兼容性强，一致性高，焊接稳定可靠的产品。大大降低了客户使用其他存储产品带来的不良率，也帮助客户缩短了调试小容量存储芯片驱动的研发时间，加快客户项目的迭代速度。

2018年，为满足更轨道交通，航空航天，工业控制，仪器仪表等行业类客户需求，创世半导体首家推出了第二代SD NAND产品。能够实现更快的读写速度，更宽泛的使用环境。能够承受高低温冷热冲击，随机掉电等苛刻的操作环境。同时能给客户提供个性化的固件定制服务。

2020年，随着智能穿戴设备的兴起和物联网的不断发展，用户对存储容量的需求也不断增长。创世半导体推出了4GB SD NAND产品，能够实现同等容量下，最小的尺寸封装和最少的pin脚。帮助用户推出更小巧，稳定的产品。

创世的产品已经广泛应用于医疗设备，工业控制，轨道交通，安防，网络设备，IPC，执法记录仪，可视对讲，门禁考勤，平板电脑，汽车电子，电力设备，工业仪器设备，POS机，教育电子等行业。成功合作客户包括中国中车，中国航天，中国船舶集团，清华大学，糖猫，360等企业。合作CPU平台包括：ST, NXP,TI, Microchip, Nordic, ESPRESSIF, MTK，Qualcomm等。

2.SD NAND FLASH简介

SD NAND FLASH，即安全数字NAND闪存技术，是一种结合了NAND闪存的高密度存储能力和安全性能的存储解决方案。是一种非易失性存储器技术，意味着它在断电后仍能保存数据。它通过电荷的存储与释放来实现数据的存储，基本单元结构是一个浮栅晶体管。将NAND Flash集成到SD卡中，提供了一个集成的存储解决方案。它通常具有额外的安全特性，如加密和访问控制，以保护存储的数据免受未经授权的访问或篡改。

SD NAND FLASH的工作原理与NAND Flash相似，涉及一系列的编程（写入）、擦除和读取操作。写入过程：通过施加高电压，电子被注入浮栅，改变浮栅上的电荷，进而影响晶体管的导通状态，从而表示不同的存储信息（通常是“0”或“1”）。采用块擦除的方式。通过施加反向电压，浮栅上的电子被移除，恢复晶体管的原始状态。擦除通常是对整个块进行操作，而不是单个字节。通过检测浮栅上的电荷状态，可以确定存储单元的导通状态，从而读取出存储的信息。

SD NAND FLASH具有更高的存储密度，使其适用于需要大容量存储的应用。提供了硬件和软件层面的安全性保护，包括加密和访问控制，以确保存储的数据不容易被盗取或篡改。常用于数码相机、手机、平板电脑等需要可移动存储和数据保护的设备。

随着技术的不断发展，SD NAND FLASH在持续改进和创新。它将继续提高性能和存储密度，以满足高容量、高性能的需求。同时，随着物联网、人工智能等技术的兴起，SD NAND FLASH将在更多领域发挥重要作用，如安全摄像头、工业控制系统等。

SD NAND FLASH是一种结合了高密度存储能力和安全性能的存储解决方案。它具有便携性、高密度、安全性等优势，并广泛应用于各种需要可移动存储和数据保护的设备中。随着技术的不断进步和应用领域的拓展，SD NAND FLASH的市场前景将更加广阔。

创世SD NAND FLASH二代采用SDIO驱动接口，兼容SPI模式。有多种存储容量，外围接口电路简单，工作电压为3.3V，适用于各种嵌入式平台，如STM32系列单片机。

3.SD NAND FLASH PC端测试

??将创世的SD NAND存储芯片焊接到官方提供的测试底板，然后使用读卡器插入电脑端，硬件实物如图所示：

??磁盘可用大小为3.6GB。

??通过使用磁盘检测工具对整个空间进行写入测试，平均写入速度可达17.6MB/S。

??在实际拷贝文件测试中，可以看到平台写入速度为7MB/S。

4.STM32 SDIO驱动SD NAND示例

SDIO（Secure Digital Input Output），即安全数字输入输出接口，是一种基于SD（Secure Digital）卡技术的扩展接口标准。SDIO最早由SD协会（SD Association，SDA）于2001年发布，作为SD卡标准的一种扩展。它允许外部设备通过标准的SD卡槽连接并通信，不仅支持传统的存储功能，还允许设备通过SD卡接口进行输入输出操作。

SDIO协议支持高达50MHz的数据传输速率（某些模式下甚至更高，如UHS-I模式可达到104MB/s或更高），可以实现快速的数据读写操作。

多设备连接：SDIO接口可以同时连接多个设备，通过多个数据线同时进行数据传输，提高通信效率。支持热插拔功能，允许用户在不关闭系统的情况下插入或移除外设，增强了系统的灵活性和易用性。同时，SDIO设备通常被划分为多个功能单元（Function），每个功能单元可以看作是一个独立的外设，具有自己的寄存器和配置选项。

SDIO接口继承了SD卡的紧凑尺寸和低功耗特性，同时提供了更高的数据传输速率和更多的功能选项。然而，由于SDIO协议的不同版本和设备之间的差异，可能存在兼容性问题。开发人员需要针对不同的设备进行适配和测试。

4.1 STM32F10x上的SDIO接口

STM32 SDIO总线上的通信是通过传送命令和数据实现。在多媒体卡/SD/SD I/O总线上的基本操作是命令/响应结构，这样的总线操作在命令或总线机制下实现信息交换；另外，某些操作还具有数据令牌。

在SD/SDIO存储器卡上传送的数据是以数据块的形式传输；在MMC上传送的数据是以数据块或数据流的形式传输；在CE-ATA设备上传送的数据也是以数据块的形式传输。

4.2 硬件接口

4.3 软件设置

??1.芯片选择

??2.时钟配置

??3.SDIO配置

4.4 代码生成

void MX_SDIO_SD_Init(void)
{

  /* USER CODE BEGIN SDIO_Init 0 */

  /* USER CODE END SDIO_Init 0 */

  /* USER CODE BEGIN SDIO_Init 1 */

  /* USER CODE END SDIO_Init 1 */
  hsd.Instance = SDIO;
  hsd.Init.ClockEdge = SDIO_CLOCK_EDGE_RISING;//在主时钟SDIOCLK的上升沿产生SDIO_CK
  hsd.Init.ClockBypass = SDIO_CLOCK_BYPASS_DISABLE;//盘路时钟失能
  hsd.Init.ClockPowerSave = SDIO_CLOCK_POWER_SAVE_DISABLE;//始终输出SDIO_CK
  hsd.Init.BusWide = SDIO_BUS_WIDE_1B;//总线宽度
  hsd.Init.HardwareFlowControl = SDIO_HARDWARE_FLOW_CONTROL_DISABLE;//关闭硬件流控制
  //当SD/SDIO卡或多媒体卡在识别模式， SDIO_CK的频率必须低于400kHz。
  hsd.Init.ClockDiv = 6;//时钟分频系数，SDIO_CK=HCLK/(ClockDiv+2)
  if (HAL_SD_Init(&hsd) != HAL_OK)//SD初始化
  {
    Error_Handler();
  }
  if (HAL_SD_ConfigWideBusOperation(&hsd, SDIO_BUS_WIDE_4B) != HAL_OK)//配置总线宽度
  {
    Error_Handler();
  }
  /* USER CODE BEGIN SDIO_Init 2 */
  hsd.Init.ClockDiv=0;//重新设置时钟速度
  /* USER CODE END SDIO_Init 2 */

}

??2.SD读写扇区函数
??为了方便后续FATFS文件系统移植，我们这里封装两个函数SD卡写扇区和读扇区。

void SD_WriteDisk(uint8_t *buf,uint32_t sector_add,uint32_t cnt)
{
	HAL_SD_WriteBlocks(&hsd,buf,sector_add,cnt,5000);//SD卡写块
	while(HAL_SD_GetCardState(&hsd)!=HAL_SD_CARD_TRANSFER);//等待数据传输完成

}
void SD_ReadDisk(uint8_t *buf,uint32_t sector_add,uint32_t cnt)
{
	HAL_SD_ReadBlocks(&hsd,buf,sector_add,cnt,5000);//SD卡读块
	while(HAL_SD_GetCardState(&hsd)!=HAL_SD_CARD_TRANSFER);//等待数据传输完成
}

??3.主函数
??初始化HAL库、GPIO端口、LCD屏(FSMC驱动)、SD卡初始化；获取卡类型、卡容量，最后调用SD卡读写扇区函数实现数据读写测试。

uint8_t buf_tx[4096]="SD卡SDIO驱动HAL库配置测试数据STM32F103ZET6  -- Ver1.0";
uint8_t buf_rx[4096];  
MX_GPIO_Init();
  MX_FSMC_Init();
  MX_SDIO_SD_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_SPI2_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
	char buff[200];
	NT35310_Init();//LCD初始化
	LCD_Display_Str(LCD_WIDTH/2-strlen("SD卡初始化")/2*8,20,16,(u8 *)"SD卡初始化",BLACK);
	if(hsd.State!=HAL_SD_STATE_READY)
	{
		LCD_Display_Str(20,40,16,(u8 *)"SD Init  ERR",RED);
	}
	else
	{
		LCD_Display_Str(20,40,16,(u8 *)"SD Init  OK",RED);
		LCD_Display_Str(20,60,16,(u8 *)"卡类型:",RED);
		if(hsd.SdCard.CardType==CARD_SDHC_SDXC)//2.0告诉卡
		{
			LCD_Display_Str(20+8+strlen("卡类型:")*8,60,16,(u8 *)"SDHC",RED);
		}
		else if(hsd.SdCard.CardType==CARD_SDSC)//2.0普通卡
		{
			LCD_Display_Str(20+8+strlen("卡类型:")*8,60,16,(u8 *)"SDSC",RED);
		}
		snprintf(buff,sizeof(buff),"块大小: %d byten",hsd.SdCard.BlockSize);
		LCD_Display_Str(20,80,16,(u8 *)buff,RED);
		snprintf(buff,sizeof(buff),"卡容量大小: %.2f GBn",(hsd.SdCard.BlockNbr>>11)/1024.0);
		LCD_Display_Str(20,100,16,(u8 *)buff,RED);
	}
	LCD_Display_Str(LCD_WIDTH/2-strlen("SD数据读写测试")/2*8,130,16,(u8 *)"SD数据读写测试",BLACK);
	SD_WriteDisk(buf_tx,100,2);
	LCD_Display_Str(20,150,16,(u8 *)"SD写数据: OK",RED);
	SD_ReadDisk(buf_rx,100,3);
	LCD_Display_Str(20,170,16,(u8 *)"SD读数据: OK",RED);
	LCD_Display_Str(20,190,16,(u8 *)"数据内容:",RED);
	LCD_Display_Str(20,210,16,(u8 *)buf_rx,BLUE);

4.5 运行效果

??将SD NAND FLASH插入到STM32 SD卡座上，使用SDIO方式驱动，读取卡容量信息并进行数据读写测试。

审核编辑 黄宇