大容量SD卡在海洋數據存儲中的應用

海洋要素測量系統要求數據存儲量大、安全性高，采用可插拔式存儲卡是一種不錯的選擇。目前，可插拔式存儲卡有CF卡、U盤及SD卡。CF卡不能與計算機直接通信；U盤需要外擴接口芯片才能與單片機通信，增加了外形尺寸及功耗；而SD卡具有耐用、可靠、安全、容量大、體積小、便于攜帶和兼容性好等優點，非常適合于測量系統長期的數據存儲。

本設計使用8 GB的SDHC(High Capacity SD Memory Card，大容量SD存儲卡)，為了方便卡上數據在操作系統上的讀取，以及數據的進一步分析和處理，在SDHC卡上建立了FAT32文件系統。

1SD卡接口的硬件設計

STM32F103xx增強型系列是意法半導體公司生產的基于Cortex-M3的高性能的32位RISC內核，工作頻率為72 MHz，內置高速存儲器(128 KB的閃存和20 KB的SRAM)，以及豐富的增強I／O端口和連接到2條APB總線的外設。STM32F103xx系列工作于-40～+105℃的溫度范圍，供電電壓為2.0～3.6 V，與SD卡工作電壓兼容，一系列的省電模式可滿足低功耗應用的要求。

SD卡支持SD模式和SPI模式兩種通信方式。采用SPI模式時，占用較少的I／O資源。STM32F103VB包含串行外設SPI接口，可方便地與SD卡進行連接。通過4條信號線即可完成數據的傳輸，分別是時鐘SCLK、主機輸入從機輸出MISO、主機輸出從機輸入MOSI和片選CS。STM32F103VB與SD卡卡座的接口電路如圖1所示。



SD卡的最高數據讀寫速度為10 MB／s，接口電壓為2.7～3.6 V，具有9個引腳。SD卡使用卡座代替傳輸電纜，減少了環境干擾，降低了出錯率，而且1對1傳輸沒有共享信道的問題。SD卡在SPI模式下各引腳的定義如表1所列。



2 SD卡接口的軟件設計

本設計采用STM32F103VB自帶的串行外設SPI接口與SD卡進行通信，這里只介紹SPI模式的通信方式。

2.1SD卡的讀寫

先對STM32F103VB的SPI_CRl(SPI控制寄存器)以及SPI_SR(SPI狀態寄存器)進行初始化設置，使能SPI并使用主機模式；同時設置好時鐘，在時鐘上升沿鎖存數據。SPI通道傳輸的基本單位是字節，由STM32F103VB控制其和SD卡之間的所有通信。

要讀寫SD卡，首先要對其進行初始化。初始化成功后，即可通過發送相應的讀寫命令對SD卡進行讀寫。SD卡的讀寫流程如圖2所示。