大容量SD卡在海洋数据存储中的应用

文章摘要：海洋要素测量系统要求数据存储量大、安全性高，采用可插拔式存储卡是一种不错的选择。目前，可插拔式存储卡有CF卡、U盘及SD卡。CF卡不能与计算机直接通信；U盘需要外扩接口芯片才能与单片机通信，增加了外形尺寸及功耗；而SD卡具有耐用、可靠、安全、容量大、体积小、便于携带和兼容性好等优点，非常适合于测量系统长期的数据存储。本设计使用8 GB的SDHC(High Capacity SD Memory Card，大容量SD存储卡)，为了方便卡上数据在操作系统上的读取，以及数据的进一步分析和处理，在SDHC卡上建立了FAT32文件系统。1SD卡接口的硬件设计STM32F103xx增强型系列是意法半导体公司

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海洋要素测量系统要求数据存储量大、安全性高，采用可插拔式存储卡是一种不错的选择。目前，可插拔式存储卡有CF卡、U盘及SD卡。CF卡不能与计算机直接通信；U盘需要外扩接口芯片才能与单片机通信，增加了外形尺寸及功耗；而SD卡具有耐用、可靠、安全、容量大、体积小、便于携带和兼容性好等优点，非常适合于测量系统长期的数据存储。

本设计使用8 GB的SDHC(High Capacity SD Memory Card，大容量SD存储卡)，为了方便卡上数据在操作系统上的读取，以及数据的进一步分析和处理，在SDHC卡上建立了FAT32文件系统。

1SD卡接口的硬件设计

STM32F103xx增强型系列是意法半导体公司生产的基于Cortex-M3的高性能的32位RISC内核，工作频率为72 MHz，内置高速存储器(128 KB的闪存和20 KB的SRAM)，以及丰富的增强I／O端口和连接到2条APB总线的外设。STM32F103xx系列工作于-40～+105℃的温度范围，供电电压为2.0～3.6 V，与SD卡工作电压兼容，一系列的省电模式可满足低功耗应用的要求。

SD卡支持SD模式和SPI模式两种通信方式。采用SPI模式时，占用较少的I／O资源。STM32F103VB包含串行外设SPI接口，可方便地与SD卡进行连接。通过4条信号线即可完成数据的传输，分别是时钟SCLK、主机输入从机输出MISO、主机输出从机输入MOSI和片选CS。STM32F103VB与SD卡卡座的接口电路如图1所示。



SD卡的最高数据读写速度为10 MB／s，接口电压为2.7～3.6 V，具有9个引脚。SD卡使用卡座代替传输电缆，减少了环境干扰，降低了出错率，而且1对1传输没有共享信道的问题。SD卡在SPI模式下各引脚的定义如表1所列。



2 SD卡接口的软件设计

本设计采用STM32F103VB自带的串行外设SPI接口与SD卡进行通信，这里只介绍SPI模式的通信方式。

2.1SD卡的读写

先对STM32F103VB的SPI_CRl(SPI控制寄存器)以及SPI_SR(SPI状态寄存器)进行初始化设置，使能SPI并使用主机模式；同时设置好时钟，在时钟上升沿锁存数据。SPI通道传输的基本单位是字节，由STM32F103VB控制其和SD卡之间的所有通信。

要读写SD卡，首先要对其进行初始化。初始化成功后，即可通过发送相应的读写命令对SD卡进行读写。SD卡的读写流程如图2所示。

www.88dzw.com由于采用的是SDHC卡和FAT32文件系统，紧接在FAT区之后的是文件目录数据区，真正意义上的数据从这个区开始，以簇编号，顺序上第1个簇编号为第2簇，此簇通常为FAT32根目录所用。FAT16从根目录所占的32个扇区之后的第一个扇区开始以簇为单位进行数据处理，这之前仍以扇区为单位。目录与数据是统一放到这个区域的，并且都不是在一个连续的区域内存放。没有任何特殊标记来区分哪个簇是目录项，哪个簇是数据项，而是由文件系统从根目录出发通过查找的方法来确定簇的类型。

3.2 FAT32文件系统实现

本文设计的文件系统采用模块化层次结构，其总体框架如图4所示。其中，箭头表示调用关系。



应用程序是面向用户的，为满足某种功能需求而编写的程序。可以通过调用文件系统提供的API函数对文件和目录进行相应的操作。

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