【嵌入式】如何使用 STM32H750 的 SDMMC1

0xAA55

如何在 STM32H750 使用 Phat 库，通过 SDMMC1 读取 SD 卡

设计需求

我的目标是通过 SD 卡读取 FAT 文件系统里面的 AVI 文件进行播放，视频分辨率是 320x240，帧数 30fps；音频使用单声道 PCM S16LE 44100Hz，因此有带宽需求，也就是带宽必须满足以足够的帧数播放 AVI 文件的比特率要求。按 MJPEG 编码的视频文件，把品质调到最高，视频方面的比特率撑死 5Mbit/s（我测试的视频文件里面视频流比特率最大的就是 5199kbps）；音频部分因为并没有压缩，比特率是定死的 705kbps，全部加起来就算 6 Mbit/s。那因此我的 SD 卡的通信频率不能低于这个值。通过时钟分频，我给 SDMMC1 外设提供 200 MHz 的时钟输入，然后设置分频系数为 1，这样可以支持能够达到 100 MHz 速度的 SD 卡。

STM32CubeMX 的配置

SDMMC1 外设配置

我不打算使用外部控制器来控制电压转换、检测 SD 卡插入，我打算直接用STM32H750 的 GPIO 去莽连 SD 卡。

在 STM32CubeMX 的 Pinout & Configuration 里面找到左边栏，有 Connectivity，将其展开，找到 SDMMC，然后中间栏上部有 Mode，设为 SD 4 bits Wide bus（SD 卡四线宽总线）

• 模式： SD 4 bits Wide bus

• 参数设置：

  • Clock transition on which the bit capture is made（在哪个时钟边沿采样数据）：因为是 SD 卡所以选 Rising transition。
  • SDMMC Clock output enable when the bus is idle（总线闲置时时钟信号是否仍然保持开启）：选 Disable the power save for the clock，以避免它为了省电而在闲置时把时钟设为高阻抗，导致振铃，或者意外的时钟信号发生。
  • SDMMC hardware flow control（硬件流控制）：设为启用，我要配合 DMA 去使用它。
  • SDMMC clock divide factor（时钟配置）：我给 SDMMC1 提供的时钟是 200 MHz，但是我期望的 SD 卡通信频率是 100 MHz，因此我把它设为 1。
  • Is external transceiver present?（是否有外部的收发器）设为 no。

• 因此 GPIO 只有这些：

  • SDMMC_CK
  • SDMMC_CMD
  • SDMMC_D0
  • SDMMC_D1
  • SDMMC_D2
  • SDMMC_D3
  • SDMMC_CD（卡检测。数字输入模式，这个 GPIO 不被 SDMMC 外设控制，我用了 PD15 脚。）

关于 Phat 库

请看：
https://www.0xaa55.com/thread-27644-1-1.html

Repo

GitHub
Gitee
以上两个 Repo 内容相同，你如果无法使用 GitHub 则可以使用 Gitee。

结合 Phat 的使用

具体用法请看 Phat 库的 Phat/test.c 源码文件。

坑点

1. STM32H750 的 SDMMC1 的 DMA 只支持 IDMA，而 IDMA 只支持 AXI SRAM，也就是 0x24000000 到 0x2407FFFF 区域的 RAM。除了这个区域以外的区域都无法写入，IDMA 会卡死。

2. 使用 IDMA 搬数据的时候，如果地址不是 4 字节对齐的，它自己会默默地强行对齐地址，然后开始搬数据。因此如果读写扇区，但是给了一个非对齐缓冲区地址的话，它会把地址改到往前攒了几个字节的位置，并且不会触发任何异常。

3. 当你拔了 SD 卡，然后你却尝试使用 SDMMC1 去读写 SD 卡，正常会失败（因此可以判定为 SD 卡被拔/无法识别）；但是卡被重新插回去后仍然无法初始化 SDMMC1。这是因为一个 HAL_SD_DeInit(&hsd1) 并不足以使其重置。必须使用以下的方式才能完全重置 SDMMC1 外设：

   __HAL_RCC_SDMMC1_FORCE_RESET();
   HAL_Delay(2);
   __HAL_RCC_SDMMC1_RELEASE_RESET();
   // 此后可以用 HAL_SD_Init(&hds1) 初始化成功。

主板设计

布线规则

先说结论：就正常布线就行了，不用过多考虑等长，10 cm 的差异值都是可以接受的。

最快的传输方式应该是以 200 MHz 的频率进行四线传输，但是实际上支持这样的速度的 SD 卡是非常少而且非常贵的，如果需要支持这样的超级高速 SD 卡，你还必须要有外部电压转换器，使用 1.7V 左右的电压去控制 SD 卡。然而根据 HAL 的代码，看起来 STM32H750 似乎是不支持这种卡的高速通信的。

那按照 100 MHz 的布线要求来，实际上等于没啥等长方面的要求。反倒是不要过分为了做等长而导致串扰。如果你要做等长布线，请务必让每根线之间都有辅地，或者使用多层板提供尽可能靠近布线的 GND 平面，以提供寄生电容并减少串扰，然后再给每根线串接阻尼电阻（至少提供焊盘）。注意布线越长，支持的通信频率就越低，我这边布线 7cm 左右，100 MHz 带 DMA 可以正常通讯，PIO 通讯会提示 CRC 错误但是读出的数据似乎没有问题。

阻尼电阻 + 寄生电容 = 上升沿变缓，阻值越大，上升沿越缓。

用示波器实际测量 SDMMC_CK 的波形和其余每根数据线的波形，确保数据线的波形先到，SDMMC_CK 的波形后到。如果你的 SDMMC_CK 布线较短，可以给 SDMMC_CK 串接较大的阻尼电阻如 100Ω，其它较短的布线串接 50Ω 或者 22Ω，较大的阻值可以减少过冲和振铃，但是如果本来就没啥过冲，那就要减少阻值。较长的布线串接较小的阻尼电阻，仅抑制过冲和振铃。

VCC 供电的线要稍微粗一点。

滤波电容

每个负载加上一个 100nF 的去耦电容就行了。

焊接

我焊接 TF 卡座的时候手法比较糙，经常焊接失败，因为如果整个 TF 卡座都被加热了的话，里面的塑料片会变软，弹簧会破坏卡座的塑料片；以及如果助焊剂进入了 TF 卡座的底部，就会黏住自弹卡座使其无法自弹。按照我的经验，焊接 TF 卡座的时候 推荐用电烙铁 而不是风枪。使用锡浆而不是锡丝。用锡浆的针筒在焊盘上加点锡浆，然后加助焊剂，再用电烙铁烫开锡浆，让助焊剂里自由流动的锡珠自动吸附到焊盘和引脚上。

焊完后，需要用手用力在卡座的盖子上面摁一下，这样它就能挤压 TF 卡使其触点能够良好接触。