SD卡

一、SD 卡以及 SDIO 概述

1、SD 卡

1.1 SD 卡简介

定义：SD 卡（Secure Digital Card）是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，被广泛用于便携式设备中存储数据。
特点：高存储容量、快速数据传输速度、体积小、重量轻、安全性高（支持数据加密）。

1.2 SD 卡类型与规格

标准 SD 卡：原始 SD 卡规格。
miniSD 卡：缩小版的 SD 卡。
microSD 卡（又称 TF 卡）：最小的 SD 卡规格，常用于智能手机和微型设备。

1.3 SD 卡工作原理

文件系统：通常使用 FAT 文件系统（如 FAT16、FAT32）。
通信协议：基于 SPI 或 SD 总线协议进行数据传输。

2、SDIO 协议介绍

2.1 定义

SDIO（Secure Digital Input and Output）是基于 SD 卡接口的新型接口标准。它不仅保持了与 SD 卡的兼容性，还扩展了连接其他外设的能力。

2.2 工作原理

SDIO 接口基于 SD 卡通信协议进行扩展。主机通过 SDIO 接口发送命令和数据到连接的设备，设备也可以向主机发送响应和数据。这种双向通信能力使得 SDIO 接口在多种应用场景中表现出色。

2.3 优势

高速数据传输：支持高速数据传输，提高设备性能和响应速度。
低功耗：在保持高性能的同时，实现了低功耗设计，延长了设备的电池寿命。

二、演示功能概述

本 demo 展示了如何在基于 Air8101 开发板上，通过 Luat 脚本使用 FATFS 文件系统库对 SD/TF 卡进行基本的文件操作。在 demo 中介绍 SDIO 初始化，fatfs 文件系统的挂载，获取可用 sd 卡空间，查看文件系统状态，还有一些文件操作测试：读取文件、写入文件、文件追加测试、按行读取测试。最后会测试通过 http 直接下载一个文件到 sd 卡中。

三、准备硬件环境

1. Air8101 开发板准备环境：

“古人云：‘工欲善其事，必先利其器。’在深入介绍本功能示例之前，我们首先需要确保以下硬件环境的准备工作已经完成。”

在我们 Air8101 开发板上已经集成了 SD 卡卡座：

参考：硬件环境清单，准备以及组装好硬件环境。

注意：

（1）用 B10 开发板的时候，SD 3.3V 需要和 SWD 3.3V 短接。

（2）B11 以及后续的开发板，不需要短接

2. SD 卡：

可淘宝上自行选择购买。

四、准备软件环境

“凡事预则立，不预则废。”在详细阐述本功能示例之前，我们需先精心筹备好以下软件环境。

1. 烧录工具 Luatools；

2. 内核固件文件（底层 core 固件文件）：点击获取底层固件；

3. LuatOS 需要的脚本和资源文件：https://gitee.com/openLuat/LuatOS-Air8101/tree/master/demo/sdCard

4. lib 脚本文件：使用 Luatools 烧录时，勾选添加默认 lib 选项，使用默认 lib 脚本文件；

准备好软件环境之后，接下来查看如何烧录项目文件到 Air8101 开发板 - luatos@air8101 - 合宙文档中心，将本篇文章中演示使用的项目文件烧录到 Air8101 开发板中。

五、SD 卡软硬件参考

5.1 API 接口介绍

本教程使用 api 接口为:

https://docs.openluat.com/air8101/luatos/api/core/fatfs/

https://docs.openluat.com/air8101/luatos/api/core/fs/

https://docs.openluat.com/air8101/luatos/api/core/io/

注意：

1. luatos 的 api 接口是通用的。

2. 通常只使用 fatfs.mount 挂载 tf/sd 卡,其他操作走 io 库就可以了。

3. 挂载成 fatfs 后，可以通过 fs.fsstat 来获取文件系统信息，或 fs.fsize 来获取文件大小。

5.2 SDIO 硬件设计

SDIO 硬件设计参考电路：

六、代码示例介绍

6.1 软件代码介绍

代码中有详细的注释，可以用来参考：

-- LuaTools需要PROJECT和VERSION这两个信息
PROJECT = "fatfs"
VERSION = "1.0.0"

-- sys库是标配
_G.sys = require("sys")
_G.sysplus = require("sysplus")

--[[
注意：B10开发板需要SD_3.3V和SWD3.3V短接
]]

-- 特别提醒, 由于FAT32是DOS时代的产物, 文件名超过8个字节是需要额外支持的(需要更大的ROM)
-- 例如 /sd/boottime 是合法文件名, 而/sd/boot_time就不是合法文件名, 需要启用长文件名支持.

--网络任务
-- 联网函数, 可自行删减
-- sys.taskInit(function()
--     -----------------------------
--     -- 统一联网函数, 可自行删减
--     ----------------------------
--     if wlan and wlan.connect then
--         -- wifi 联网, Air8101系列均支持
--         local ssid = "Xiaomi 15"
--         local password = "wsh123456"
--         log.info("wifi", ssid, password)
--         wlan.init()
--         wlan.connect(ssid, password, 1)
--         --等待WIFI联网结果，WIFI联网成功后，内核固件会产生一个"IP_READY"消息
--         local result, data = sys.waitUntil("IP_READY")
--         log.info("wlan", "IP_READY", result, data)
--     end
--     log.info("已联网")
--     sys.publish("net_ready")
-- end)

-- spi_id,pin_cs
**local** **function** **fatfs_spi_pin**()
    **return** 0, 3, fatfs.SDIO
**end**

sys.taskInit(**function**()
    sys.wait(1000)
    -- fatfs.debug(1) -- 若挂载失败,可以尝试打开调试信息,查找原因


    **local** spi_id, pin_cs,tp = fatfs_spi_pin()
    fatfs.mount(tp or fatfs.SPI, "/sd", spi_id, pin_cs, 24 * 1000 * 1000) --挂载fatfs

    **local** data, err = fatfs.getfree("/sd")  --获取可用空间信息
    **if** data **then**
        log.info("fatfs", "getfree", json.encode(data))
    **else**
        log.info("fatfs", "err", err)
    **end**

    -- #################################################
    -- 文件操作测试
    -- #################################################
    **local** f = io.open("/sd/boottime", "rb") --
    **local** c = 0
    **if** f **then**
        **local** data = f:read("*a")
        log.info("fs", "data", data, data:toHex())
        c = tonumber(data)
        f:close()
    **end**
    log.info("fs", "boot count", c)
    **if** c == **nil** **then**
        c = 0
    **end**
    c = c + 1
    f = io.open("/sd/boottime", "wb")
    **if** f ~= **nil** **then**
        log.info("fs", "write c to file", c, tostring(c))
        f:write(tostring(c))
        f:close()
    **else**
        log.warn("sdio", "mount not good?!")
    **end**
    **if** fs **then**
        log.info("fsstat", fs.fsstat("/")) -- 打印根分区的信息
        log.info("fsstat", fs.fsstat("/sd"))  --打印sd卡文件系统分区信息
    **end**

    -- 测试一下追加, fix in 2021.12.21
    os.remove("/sd/test_a")
    sys.wait(50)
    f = io.open("/sd/test_a", "w")
    **if** f **then**
        f:write("ABC")
        f:close()
    **end**
    f = io.open("/sd/test_a", "a+")
    **if** f **then**
        f:write("def")
        f:close()
    **end**
    f = io.open("/sd/test_a", "r")
    **if**  f **then**
        **local** data = f:read("*a")
        log.info("data", data, data == "ABCdef")
        f:close()
    **end**

    -- 测试一下按行读取, fix in 2022-01-16
    f = io.open("/sd/testline", "w")
    **if** f **then**
        f:write("abc\n")
        f:write("123\n")
        f:write("wendal\n")
        f:close()
    **end**
    sys.wait(100)
    f = io.open("/sd/testline", "r")
    **if** f **then**
        log.info("sdio", "line1", f:read("*l"))
        log.info("sdio", "line2", f:read("*l"))
        log.info("sdio", "line3", f:read("*l"))
        f:close()
    **end**

    -- #################################################
**end**)


-- 按需打印
-- code 响应值, 若大于等于 100 为服务器响应, 小于的均为错误代码
-- headers是个table, 一般作为调试数据存在
-- body是字符串. 注意lua的字符串是带长度的byte[]/char*, 是可以包含不可见字符的
-- http下载文件到sd卡功能演示任务
-- sys.taskInit(function()
--     sys.waitUntil("net_ready") -- 等联网
--     sys.wait(5000)
--     log.info("测试http下载文件到sd卡中")
--     local code, headers, body = http.request("GET", "http://airtest.openluat.com:2900/download/12345.txt", {}, "",{ dst = "/sd/test.txt" }).wait()
--     log.info("http.get", code, headers, body)
--     log.info("text size", fs.fsize("/sd/test.txt"))
-- end)

-- 用户代码已结束---------------------------------------------
-- 结尾总是这一句
sys.run()
-- sys.run()之后后面不要加任何语句!!!!!