SDIO - 4Bit 방식으로 SD-Card 를 STM32F4xx 와 연결했고,

USB MSC(Mass Storage Class) 로 PC 와 연결하면 USB Drive 가 생성되는 프로그램에서 테스트한 결과입니다.

우선, SDIO-4bit , SDIO CLK-42MHz 로 설정했는데 USB MSC로 동작 시키면 생각 보다 너무 느립니다.
몇 MByte/s 쯤 나오지 않을까 생각 했는데 1MByte/s 도 안나옵니다.

기본적인 원인은 USB_FS 최대 속도가 12Mbit/sec (1.5MByte/s) 라는 점입니다.
여러가지 콘트롤을 위한 패킷을 빼면 1Mbyte 정도 나오리라 예상이 되는데, 그래서 몇 MByte/s 는 나올리가 없는 것이죠.




다음은 SDIO CLK 을 여러가지 값으로 변경시의 속도 입니다. 
위의 USB Speed 를 SDIO CLK 테스트를 해 보고 나서 알아서, 왜 이런 쓰잘떼기 없는 테스트를 했나 하는 자괴감이 드네요. ㅜㅜ
[아래 그림의 번호 설명]
1. 약 3MByte 의 파일 5개를 PC에서 STM32F4xx 의 USBMSC 로 Copy.
2. 약 3MByte 의 파일 5개를 STM32F4xx 의 USBMSC에서  PC로 Copy.
3. 약 250MByte 의 파일 1개를 PC에서 STM32F4xx 의 USBMSC 로 Copy.
4. 약 250MByte 의 파일 1개를 STM32F4xx 의 USBMSC에서  PC로 Copy.




혹시 Sector 의 크기와 속도의 관계는 없는 것인가 하는 생각에, 섹터 크기를 CUBEMX 툴 설정에서 512 에서 4096으로 늘려서 테스트 해 봤습니다. 




별 차이 없었습니다.




섹터를 변경할 때에, MSC 에 의해 생성된 USB Drive 포맷도 할당 단위 크기를 변경해서 수행했습니다.
섹터의 크기는 디스크의 반응 속도에 영향을 미쳤습니다.
섹터가 많으면 그 만큼 파일을 검색하는 시간이 많이 걸리는 듯 하여, 더 많은 시간이 지나야 USB Drive 가 PC에서 나타나네요.
즉, USB MSC 의 할당 단위가 크면(512바이트 보다 4096 바이트가) 응답 속도가 빠르다.





참고 : [USB 버전 별 속도 비교]




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처음으로 SD-Card 를 납땜을 해서, 동작이 잘 되는지 확인을 해 봤습니다.


테스트 방법은, uSD-Card 를 마운트 하고 디렉토리 스캔을 해서 USB_CDC 로 터미널에 뿌려서
안에 넣어둔 파일이 제대로 보이는지 확인하면 되겠습니다.

다음은 보드에 uSD-Card 를 납땜한 모습입니다.




uSD-Card 회로도는 다음과 같습니다. STM32F4xx 에 SDIO-4bit 방식으로 연결했습니다.




다음은 ST 사의 CUBEMX 툴로 SDIO-4BIT 를 추가한 핀맵입니다.




다음은 디렉토리 스캔 함수 인데, 출처는 기억이 안납니다. main.c 파일에 붙여서 사용하면 됩니다.
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void f_opendir_scan(void)
{
    #if _USE_LFN
    TCHAR lfn[_MAX_LFN + 1];
    fno.lfname = lfn;
    fno.lfsize = sizeof lfn;
    #endif
    TCHAR path[200] = "";
    
    res = f_mount(&fs32,SD_Path,1);
    printf("SD Mount : res f_mount : %02X\n\r",res);
    
    if (res == FR_OK)
    {
    res = f_opendir(&dir,path);
        printf("res f_open : %02X\n\r",res);
        
        if (res == FR_OK)
        {
        while(1)
        {
            char *fn;
             
            res = f_readdir(&dir, &fno);
             
            if (res != FR_OK)
                printf("res = %d f_readdir\n\r", res);
 
            if ((res != FR_OK) || (fno.fname[0] == 0))
                break;
 
#if _USE_LFN
      fn = *fno.lfname ? fno.lfname : fno.fname;
#else
      fn = fno.fname;
#endif
            printf("%c%c%c%c ",
                ((fno.fattrib & AM_DIR) ? 'D' : '-'),
                ((fno.fattrib & AM_RDO) ? 'R' : '-'),
                ((fno.fattrib & AM_SYS) ? 'S' : '-'),
                ((fno.fattrib & AM_HID) ? 'H' : '-') );
 
            printf("%10d ", fno.fsize);
             
            printf("%s/%s\n\r", path, fn);
        }        
        }
 
        res = f_mount(0,SD_Path,0);
        printf("SD Unmount : res f_mount : %02X\n\r",res);
    }
}
 
cs

다음은 main() 함수에서, 파일 변수들 정의해 봏고, 디렉토리 스캔함수를 호출해 주면 됩니다.
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/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
HAL_SD_ErrorTypedef res_sd;
 
FRESULT res;
FILINFO fno;
FIL fil;
DIR dir;
FATFS fs32;
 
uint32_t byteswritten, bytesread; /* File write/read counts */
 
 
int main(void)
{
  /* Reset of all peripherals, 
  Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();
 
  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();
 
  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_TIM2_Init();
  MX_USB_DEVICE_Init();
  MX_SDIO_SD_Init();
  MX_FATFS_Init();
 
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  // HAL_GPIO_WritePin(SDPWR_GPIO_Port, SDPWR_Pin, GPIO_PIN_RESET);
  HAL_Delay(500);
  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);
    
  f_opendir_scan();
 
  while (1)
  {
 
  }
}
cs

그리고 나서 프로그램을 다운로드 하고 실행을 하니, uSD-Card 의 내용이 보입니다.
납땜이 제대로 잘 됐군요.^^




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요새 uSD-Card를 보드에 직접 납땜을 해서,

파일을 수정할 방법을 강구하다가 USB MSC(Mass Storage Device Class)를 공부하게 됐습니다.
2일 동안 회사에서 의자에 붙어서 열심히 팠습니다. ㅠㅠ

된다고 하는 여러 예제들이 있었는데, 왜 나만 안되는 것인지.. 참 답답했는데,
원인은 여러가지겠지만, 
가장 큰 원인은 인터럽트 우선순위를 설정하지 않고 모두 0으로 놓으니 동작이 안됐던 것 같았습니다.

그럼, 차근차근 설명을 해 보겠습니다.
제가 테스트하는 H/W 는 
1. SD-Card SDIO-4Bit DMA , 
2. USB Device Only , 
3. Embedded DFU 방식으로 F/W Upload. (BOOT0 핀과 GPIO INPUT 핀에 공통으로 스위치 사용)
4. BOOT1 을 GPIO OUT(LED OUT) 과 공통으로 사용.
5. RCC(HSE)로 24MHz Crystal 사용.
6. Middle Wares -> FATFS -> SD Card 설정.
7. SDPWR 은 필요 없는 기능이니 신경쓰지 마시고요.
으로 어제와 동일합니다.




어제 쓴 글에서는 디렉토리만 읽어서 USB CDC로 표시만 할 수 있었는데, 이번에는 MSC로 읽기 쓰기를 구현해 보고자,
CUBEMX 툴에서 USB_DEVICE 타입을 Mass Storage Class 로만 변경했습니다.






클락 탭의 설정은 다음과 같습니다.






다음은 CUBEMX 의 Configuration TAB의 상세 설정입니다. 
바꾼 것들만 설명을 할 것인데, 그 외의 설정은 디폴드 설정으로 건드리지 않았습니다.
NVIC 는 각각의 상세 설정에도 있고, 따로 NVIC 설정이 분리되어 있는데, 맨 마지막에 NVIC를 수정할 예정입니다.

















다음은 NIVC(인터럽트 우선순위) 설정으로 어떻게 정하는지 저도 잘 모르겠습니다만, MSC 안 되었던 이유 중 가장 큰 원인이, 이 우선순위를 수정하지 않고 모두 우선순위가 0(Default)으로 내버려 뒀기 때문이었습니다.
나중에 같은 실수를 방지하기 위해, 어떤 기준으로 정하는 것인지 확실히 정리해야 할 것 같습니다.






다음으로 HEAP 과 STACK 을 충분히 잡아 두라해서 일단은 최적화는 못했고, 무식하게 크게 잡아두었습니다.





글이 생각보다 너무 길어지고 시간이 너무 늦어서, S/W 쪽은 눈을 좀 붙이고 시간이 나면 작성하도록 하겠습니다.
제가 여러가지를 참고해서 S/W를 만들었는데, 일단 참고한 윕사이트를 링크해 드립니다.



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STM32F411 에서는 SDIO DMA 로 SD-Card가 잘 읽혔습니다.


방법이 어렵지 않아서 금방 테스트가 끝났는데, STM32F446 에서는 DMA를 사용하면 f_mount() 함수에서 멈춰버렸습니다.
DMA를 사용할 경우 sd_diskio.c 의 SD_read 함수 내의 
BSP_SD_ReadBlocks() 함수를 BSP_SD_ReadBlocks_DMA() 함수로 바꿔주면 됩니다.
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/**
  * @brief  Reads Sector(s)
  * @param  lun : not used
  * @param  *buff: Data buffer to store read data
  * @param  sector: Sector address (LBA)
  * @param  count: Number of sectors to read (1..128)
  * @retval DRESULT: Operation result
  */
DRESULT SD_read(BYTE lun, BYTE *buff, DWORD sector, UINT count)
{
  DRESULT res = RES_OK;
  /*if(BSP_SD_ReadBlocks((uint32_t*)buff, 
                       (uint64_t) (sector * BLOCK_SIZE), 
                       BLOCK_SIZE, 
                       count) != MSD_OK)*/
  if(BSP_SD_ReadBlocks_DMA((uint32_t*)buff, 
                       (uint64_t) (sector * BLOCK_SIZE), 
                       BLOCK_SIZE, 
                       count) != MSD_OK)
  {
    res = RES_ERROR;
  }
  
  return res;
}
 
/**
  * @brief  Writes Sector(s)
  * @param  lun : not used
  * @param  *buff: Data to be written
  * @param  sector: Sector address (LBA)
  * @param  count: Number of sectors to write (1..128)
  * @retval DRESULT: Operation result
  */
#if _USE_WRITE == 1
DRESULT SD_write(BYTE lun, const BYTE *buff, DWORD sector, UINT count)
{
  DRESULT res = RES_OK;
  /*if(BSP_SD_WriteBlocks((uint32_t*)buff, 
                        (uint64_t)(sector * BLOCK_SIZE), 
                        BLOCK_SIZE, count) != MSD_OK)*/
  if(BSP_SD_WriteBlocks_DMA((uint32_t*)buff, 
                        (uint64_t)(sector * BLOCK_SIZE), 
                        BLOCK_SIZE, count) != MSD_OK)
  {
    res = RES_ERROR;
  }
  
  return res;
}
cs


STM32F446 Nucleo 보드에서 DMA를 사용하지 않으면 동작은 잘 되는데, 
가끔 Error이 발생해서 SD-Card 와의 선을 짧게 하니 잘 동작 했습니다.
보드의 아트웍 영향인건지는 확실히 모르겠는데, 배선도 좀 짧으면 좋은 것 같습니다.



이 상태로 13KByte 의 데이터를 읽는데 10ms 정도의 시간이 걸렸으니 
거의 1MB/sec 의 속도밖에 안나와서 SDIO를 왜 쓰나 싶더군요.

그래서 처음부터 다시 프로젝트를 만들어서 동작을 시켜봤는데, 역시나 결과는 DMA 기능은 구현이 안되네요.

그런데, 뭔가 틀려진 점이 있는데, DMA를 안 썼을 때 13KB를 읽는데 10ms 걸렸던 것이 2ms 로 대폭 줄었습니다.
24KB를 읽었더니 3ms 고요. 마치 DMA가 동작되는 듯이 느껴질 정도로 빨라졌지만 DMA는 동작되지 않는 상황.
왜 빨라졌는지 원인은 못 찾았지만 CUBEMX 툴이 아직 안정화가 덜 됐나 봅니다.

빨라진 이유는 제가 코드를 잘 못 만들어서 그렇네요. f_read()함수가 512 Byte씩 읽어야 되는 줄 알고 24K 파일을 
512Byte 단위로 f_read()함수를 이용해 여러번 나눠서 읽었더니 느리고 한번에 24KB를 다 읽으니 빠르네요.
예전에 테스트를 했을 때, 512-Byte 이상 읽으면 안 읽혔었는데 이번에 해 보니 한번에 많은 데이터도 읽기 가능하네요. 

[512 Byte 씩 여러번 읽어서 느렸던 코드내용]
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uint8_t read_f_dat(uint8_t *pf_dat,FIL* fp)
{
    UINT i,testBytes;
    uint32_t f_size;
 
    f_size = 13000;
 
    // #define _MAX_SS 512
    
    for (i=0;i<f_size;i+=_MAX_SS)
    {
        if ((f_size - i) < _MAX_SS)
        {
            res = f_read(fp, &pf_dat[i],(f_size - i), &testBytes);
        }
        else
        {
            res = f_read(fp, &pf_dat[i],_MAX_SS, &testBytes);
        }
    }
}
cs

[한번에 많은 데이터를 읽어서 빨라지도록 수정된 코드]
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uint8_t read_f_dat(uint8_t *pf_dat,FIL* fp)
{
    UINT testBytes;    
    uint32_t f_size;
 
    f_size = 13000;
    
    res = f_read(fp, &pf_dat[0],f_size, &testBytes);
}
cs

아뭏든 현재 첨부한 프로젝트는 DMA는 동작이 안되는 것으로 보이고, 계속해서 방법을 찾아보다가 
잘 되면 DMA SDIO-4bit 관련 글을 다시 올려 보겠습니다.


다음은 Nucleo - STM32F446 보드에서 DMA가 안되서 새로 프로젝트를 만들었던 과정입니다.

1. 먼저 MCU를 STM32F446로 선택하고, SDIO,UART2,GPIO 1개 출력(오실로 스코프로 시간이 얼마나 걸리는지 체크를 위해)



2. SDIO 신호와 u-SD-Card를 점퍼선으로 연결.



3. SDIO 를 DMA 로 동작하도록 CUBEMX 에서 설정.



4. sd_diskio.c 파일에서 SD_read/SD_write 함수 안의 BSP_SD_ReadBlocks/BSP_SD_WriteBlocks 함수를 바꾸지 않고 그대로 사용했는데 24KB 읽는데 걸리는 시간이 3ms 걸렸음.



5. 혹시 다 읽힌 것 맞는지 알아보려고 해리포터 소설을 UART로 뿌려보니 제대로 읽혀 있었습니다.
DMA가 동작한 것으로 믿어야겠죠? (제가 미쳤나 봅니다. 이런 상황을 가지고 DMA가 된다고 생각했다니.. 사기꾼이 될 뻔한 것을 글을 다시 보고 수정하면서 정정합니다.)
SDIO는 많은 양을 읽을수록 속도가 점점 더 빨라지는 듯 합니다.

그리고 STM32F411 은 42MHz 로도 DMA가 동작하는데, STM32F446 은 45MHz로 일반 방식에서는 동작하지 않았습니다.
(차후 DMA 구현되면 다시 비교해 볼 예정)

[STM32F4xx 에서 SDIO CLK를 최대(411:42MHz,446:45MHz)로 설정한 코드 내용]
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/* SDIO init function */
static void MX_SDIO_SD_Init(void)
{
 
  hsd.Instance = SDIO;
  hsd.Init.ClockEdge = SDIO_CLOCK_EDGE_RISING;
  hsd.Init.ClockBypass = SDIO_CLOCK_BYPASS_ENABLE;
  hsd.Init.ClockPowerSave = SDIO_CLOCK_POWER_SAVE_DISABLE;
  hsd.Init.BusWide = SDIO_BUS_WIDE_1B;
  hsd.Init.HardwareFlowControl = SDIO_HARDWARE_FLOW_CONTROL_DISABLE;
  hsd.Init.ClockDiv = 0;
}
cs

STM32F446 이 DMA가 안된 상태에서 비교를 하니 의미가 많이 없지만, 
또한 411은 SDIO_CLK=42MHz 이고 446은 22.5MHz 이기때문에, 
이 상태에서는 (당연하게도)STM32F411 이 더 빨랐습니다. 

STM32F446(SDIO_CLK:22.5MHz)은 13KB 읽는데 2ms, 24KB 3ms가 걸렸는데, 
STM32F411(SDIO_CLK:42MHz) 은 13KB/1.4ms , 24KB/2ms 밖에 안걸립니다. 

24KB 읽는 것을 기준으로 STM32F411 은 최대 속도 12MB/s , STM32F446 은 최대속도 8MB/s 나오네요.

이 속도는 앞서서도 말씀 드렸듯이 한번에 많이 읽으면 더 빨라집니다.

6. 해리포터 소설을 24KB 만큼 읽어서 출력해 봄.



7. main() 주요 동작 코드
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int main(void)
{
 
  /* USER CODE BEGIN 1 */
 
  /* USER CODE END 1 */
 
  /* MCU Configuration----------------------------------------------------------*/
 
  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();
 
  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();
 
  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_SDIO_SD_Init();
  MX_USART2_UART_Init();
  MX_FATFS_Init();
 
  /* USER CODE BEGIN 2 */
    read_TAR_file_DMA();
  /* USER CODE END 2 */
 
  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
  /* USER CODE END WHILE */
 
  /* USER CODE BEGIN 3 */
 
  }
  /* USER CODE END 3 */
 
}
 
/* SDIO init function */
static void MX_SDIO_SD_Init(void)
{
 
  hsd.Instance = SDIO;
  hsd.Init.ClockEdge = SDIO_CLOCK_EDGE_RISING;
  hsd.Init.ClockBypass = SDIO_CLOCK_BYPASS_DISABLE;
  //hsd.Init.ClockBypass = SDIO_CLOCK_BYPASS_ENABLE;
  hsd.Init.ClockPowerSave = SDIO_CLOCK_POWER_SAVE_DISABLE;
  hsd.Init.BusWide = SDIO_BUS_WIDE_1B;
  hsd.Init.HardwareFlowControl = SDIO_HARDWARE_FLOW_CONTROL_DISABLE;
  hsd.Init.ClockDiv = 0;
 
}
 
/** 
  * Enable DMA controller clock
  */
static void MX_DMA_Init(void) 
{
  /* DMA controller clock enable */
  __HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE();
 
  /* DMA interrupt init */
  /* DMA2_Stream3_IRQn interrupt configuration */
  HAL_NVIC_SetPriority(DMA2_Stream3_IRQn, 1, 0);
  HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA2_Stream3_IRQn);
  /* DMA2_Stream6_IRQn interrupt configuration */
  HAL_NVIC_SetPriority(DMA2_Stream6_IRQn, 2, 0);
  HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA2_Stream6_IRQn);
 
}
 
/* USER CODE BEGIN 4 */
void read_TAR_file_DMA(void)
{
     #if _USE_LFN
    TCHAR lfn[_MAX_LFN + 1];
    fno_t.lfname = lfn;
    fno_t.lfsize = sizeof lfn;
    #endif
    
    BYTE testBuffer[24000];
   uint8_t path[13];            
 
    DWORD cnt_rd_Byte=24000;
  UINT testBytes;
    DWORD cnt_i;
    UINT i,cnt_512;
    uint32_t image_offset;
 
 
    //sprintf(path,"1.tar");
    sprintf(path,"aaa.txt");
    printf("%s\n\r",path);
    
    res_t = f_mount(&fs32_t,SD_Path,1);
    printf("SD Mount : res f_mount : %02X\n\r",res_t);
    res_t = f_open(&fil_t, (char*)path, FA_READ); 
    printf("res f_open : %02X, fil_t.fsize : %d\n\r",res_t,fil_t.fsize);
 
    printf("Read Txt File Test\n\r");
    
    GPIOB->ODR ^= GPIO_PIN_5;    
    res_t = f_read(&fil_t, testBuffer, cnt_rd_Byte, &testBytes);
    GPIOB->ODR ^= GPIO_PIN_5;    
    printf("res_t = f_read : %02X\n\r",res_t);
    
    for(i=0;i<24000;i++)
        printf("%c",testBuffer[i]);
}
 
/* USER CODE END 4 */
 
cs



추가로 DMA 인터럽트도 DMA 동작이 안되는 것과 관련이 있을 수도 있다 싶어서 인터럽트 설정 부분도 올려 봅니다.
혹시 왜 DMA가 안되는지 아시는분 알려주시면 대단히 고맙겠습니다.

아래와 같이 인터럽트를 여러가지로 변경해 봤는데, DMA 동작은 여전히 안됐습니다. 
그런데 DMA를 사용하지 않아도 SDIO_CLK 22.5MHz의 속도로써 늦은 속도는 아닌 것 같습니다.
(STM32F411 SDIO_CLK 42MHz(DMA)에서 13KB 전송시 1.4ms 이고, STM32F446 SDIO_CLK 22.5MHz(No DMA) 에서 2ms 걸렸기 때문에)
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/** 
  * Enable DMA controller clock
  */
static void MX_DMA_Init(void) 
{
  /* DMA controller clock enable */
  __HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE();
 
  /* DMA interrupt init */
  /* DMA2_Stream3_IRQn interrupt configuration */
  HAL_NVIC_SetPriority(DMA2_Stream3_IRQn, 2, 0);
  HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA2_Stream3_IRQn);
  /* DMA2_Stream6_IRQn interrupt configuration */
  HAL_NVIC_SetPriority(DMA2_Stream6_IRQn, 3, 0);
  HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA2_Stream6_IRQn);
}
 
static void MX_DMA_Init(void) 
{
  /* DMA controller clock enable */
  __HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE();
  /* DMA interrupt init */
  /* DMA2_Stream3_IRQn interrupt configuration */
  HAL_NVIC_SetPriority(DMA2_Stream3_IRQn, 1, 0);
  HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA2_Stream3_IRQn);
  /* DMA2_Stream6_IRQn interrupt configuration */
  HAL_NVIC_SetPriority(DMA2_Stream6_IRQn, 2, 0);
  HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA2_Stream6_IRQn);
}
 
static void MX_DMA_Init(void) 
{
  /* DMA controller clock enable */
  __HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE();
  /* DMA interrupt init */
  /* DMA2_Stream3_IRQn interrupt configuration */
  HAL_NVIC_SetPriority(DMA2_Stream3_IRQn, 0, 0);
  HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA2_Stream3_IRQn);
  /* DMA2_Stream6_IRQn interrupt configuration */
  HAL_NVIC_SetPriority(DMA2_Stream6_IRQn, 0, 0);
  HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA2_Stream6_IRQn);
}
cs



다음의 소스코드 첨부합니다.

sdio_pure_v1.zip


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휴, 안도의 한숨이 나옵니다.

일주일 가량의 시간이 걸려 SDIO(4Bit Bus Width, DMA) 로 micro-SD Card 읽기를 성공했네요.

속도는 약 8.23 MByte / s  정도 나오네요. 아마도 오실로 스코프 상에서는 좀 더 빨라서 9 MBte /s 에 더 가까울 것 같습니다.
DMA를 사용하지 않았을 때는 1.2 MByte / s 정도 나왔으니 8배 정도 빠를 것 같습니다.



검색해 보니, 현재 SD 카드가 엄청 느린 녀석이었는데 좀 더 좋은 것을 쓰면 속도가 더 나올 수 있는 것 같습니다.
어떤 사람은 19 MByte/s 까지 나온다고 합니다. (링크)



DMA 의 개념은, 보통 메모리에 있는 데이터를 읽어서 SPI/UART/SDIO 통신으로 내보내는 경우에 메모리에서 데이터를 읽는 시간이 상당이 걸리는데 그 시간을 줄이는 목적이 있습니다. 
다른 좋은 장점이 또 있을 것 같은데요, 일단은 제가 실감한 것이 그렇습니다.

예를 들자면 다음과 같은 그림으로 잘 설명이 될 것 같습니다.



실제로 제가 측정한 내용은 위와같이, 데이터를 읽는 시간이 SDIO로 보내는 시간 보다 엄청 걸렸습니다. 
위의 그림과 예전의 테스트 상황이 99.9%(?) 일치 했습니다. ^^

그림으로 보니 엄청 빨라질 것 같죠? (DMA를 쓰면 빨라 집니다. 확실히~)

DMA를 사용하려다가 몇가지 복병을 만났었는데, 소개해 볼 까 합니다.
(참고로 저는 Receive 동작만 테스트 했습니다)
1. DMA 인터럽트 우선순위를 설정하지 않아서 프로그램이 멈추는 문제 발생
   - DMA RX 인터럽트 추가한 후, 인터럽트 번호를 잘 설정해 줄 것.
2. DMA 로 f_read 함수를 실행 시, BLOCK_SIZE(512 Byte) 이상을 읽으면 Error 리턴.
   - Err 리턴을 무시할 것. (현재 프로그램을 정리하다 보니 이 현상이 없어 졌는데, 조금 더 두고 봐야 겠습니다)
3. 4gb 이상의 u-SD 카드 동작시 SD_read() 함수 입력 변수 계산 오류
   - SD_read() 함수 내의 BSP_SD_ReadBlocks() 함수의 입력 변수 계산 코드 수정.
     (아직 테스트는 못 해봄. 4gb 이상 sd-card 없음)

위 내용의 해결 과정에 앞서서, 일반 polling 방식을 DMA 방식으로 바꾸는 방법을 알아보겠습니다.
저는 거의 모든 STM32 시리즈의 SDIO,u-SD Card 문서 및 웹사이트를 다 돌아 다니면서 코드를 분석도 해 봤는데 별로 건지지 못했고, 노가다 테스트로 해결했습니다.

결론은.. 진짜, 쉽습니다. 

Cube 툴로 생성된 Keil 소스코드에서, Middlewares/FatFs 폴더의 sd_diskio.c 를 열어서 SD_read()함수의 내부 코드를 바꾸면 됩니다.
SD_read() 함수 내의 폴링 방식의 Read 함수인 BSP_SD_ReadBlocks 를 BSP_SD_ReadBlocks_DMA 로,
   단지 이름만 바꿔 주면 됩니다.





/**
  * @brief  Reads Sector(s)
  * @param  lun : not used
  * @param  *buff: Data buffer to store read data
  * @param  sector: Sector address (LBA)
  * @param  count: Number of sectors to read (1..128)
  * @retval DRESULT: Operation result
  */
DRESULT SD_read(BYTE lun, BYTE *buff, DWORD sector, UINT count)
{
  DRESULT res = RES_OK;
  /*
  if(BSP_SD_ReadBlocks((uint32_t*)buff, 
                       (uint64_t) (sector * BLOCK_SIZE), 
                       BLOCK_SIZE, 
                       count) != MSD_OK)*/
/*
  if(BSP_SD_ReadBlocks_DMA((uint32_t*)buff, 
                       (uint64_t) (sector * BLOCK_SIZE), 
                       BLOCK_SIZE, 
                       count) != MSD_OK)*/
  if(BSP_SD_ReadBlocks_DMA((uint32_t*)buff, 
                       ((uint64_t)sector * BLOCK_SIZE), 
                       BLOCK_SIZE, 
                       count) != MSD_OK)
  {
    res = RES_ERROR;
  }
  
  return res;
}

그럼 다음으로 제가 만난 복병과 그 해결 방법을 설명 드리겟습니다.
먼저 위에 그림에서 추가로 4gb이상의 sd Card를 읽을 때, 수정해야 하는 내용이 먼저 나와서,
4g sd-card가 없어서 아직 테스트는 못해 봤지만 코드의 수정 내용을 알려 드립니다.

[4gb 이상의 SD Card Access 시 수정할 사항]
현재 sd_diskio.c 파일 내에 있는 SD_read 함수 내부의 코드에서 
BSD_SD_ReadBlocks/BSD_SD_ReadBlocks_DMA 함수의 2번째 파라 메터의 계산 식이 틀려서 4gb 이상의 Sd card가 Access 되지 않는다고 합니다.
 (uint64_t) (sector * BLOCK_SIZE) 을 ((uint64_t) sector * BLOCK_SIZE)로 수정하면 된다고 하네요.

다음은 4gb sd card 이상의 동작에서 오류 수정을 당부하는 내용의 원문입니다. [링크]



[DMA로 수정한 상태에서 f_read 동작이 안되는 경우]
제가 처음에 SD_read 함수에서 BSP_SD_ReadBlocks() 함수를 BSP_SD_ReadBlocks_DMA()함수로 바꿨는데 프로그램이 멈춰버리더군요. 원인은 우연히 찾았는데, DMA 인터럽트 우선순위를 CUBE 툴에서 설정하지 않아서 우선순위가 0으로 되어 있었던 것을 Rx는 1, Tx는 2 로 수정을 했더니 프로그램이 정상 동작을 했습니다.
CUBE 툴에서 인터럽트 우선 순위는 따로 사용자가 결정을 해 줘야 하는 것 같습니다.

FRESULT 에러 리스트 (ff.h)
typedef enum {
FR_OK = 0, /* (0) Succeeded */
FR_DISK_ERR, /* (1) A hard error occurred in the low level disk I/O layer */
FR_INT_ERR, /* (2) Assertion failed */
FR_NOT_READY, /* (3) The physical drive cannot work */
FR_NO_FILE, /* (4) Could not find the file */
FR_NO_PATH, /* (5) Could not find the path */
FR_INVALID_NAME, /* (6) The path name format is invalid */
FR_DENIED, /* (7) Access denied due to prohibited access or directory full */
FR_EXIST, /* (8) Access denied due to prohibited access */
FR_INVALID_OBJECT, /* (9) The file/directory object is invalid */
FR_WRITE_PROTECTED, /* (10) The physical drive is write protected */
FR_INVALID_DRIVE, /* (11) The logical drive number is invalid */
FR_NOT_ENABLED, /* (12) The volume has no work area */
FR_NO_FILESYSTEM, /* (13) There is no valid FAT volume */
FR_MKFS_ABORTED, /* (14) The f_mkfs() aborted due to any parameter error */
FR_TIMEOUT, /* (15) Could not get a grant to access the volume within defined period */
FR_LOCKED, /* (16) The operation is rejected according to the file sharing policy */
FR_NOT_ENOUGH_CORE, /* (17) LFN working buffer could not be allocated */
FR_TOO_MANY_OPEN_FILES, /* (18) Number of open files > _FS_SHARE */
FR_INVALID_PARAMETER /* (19) Given parameter is invalid */
} FRESULT;



다시 2달이 지난 현재(2016.11.07) STM32F446 에서 테스트를 진행 하고 있는데, 
u-SD CARD 를 mount 할 경우에 FR_NO_FILESYSTEM 에러(13)가 나더니, 예전에 사용한 방식(DMA 인터럽트 우선순위를 바꾸는) 을 사용해도 에러가 났고, UART2 인터럽트 priority 를 6으로 했더니 에러가 없어졌습니다.
(그냥 복불복 입니다. 됭 때도 있고 안될 때도 있는....)

하아~ 그런데 에러가 없어 진 다음에 다시 DMA interrupt priority 를 rx,tx 각각 0으로 돌리고, UART interrupt priority도 0으로
복구했는데도 정상 동작을 합니다. 그리고 나서 전원을 껐다 키니까 처음에 FR_NO_FILESYSTEM 에러가 나네요.
ㅎ~~ 원인은 접촉 불량 내지 선이 너무 길어서 노이즈가 탄 것 같습니다. 현재 u-SD Card 와 Nucleo 보드간 케이블 길이가
약 10cm 정도 되서 노이즈가 좀 심하리라 생각이 드네요. 
따라서 인터럽트를 바꿔서 정상동작을 하고 안하고의 문제나 512 Byte 읽을 때 Error 가 발생하는 원인도 접촉 불량이나 노이즈에 의한 문제로 보입니다. 

아.. 정말정말 정확한 이유는 모르겠지만, 인터럽트 우선순위를 변경하는 것과 u-SD-Card 인식은 관계가 없는 것은 확실합니다.
됐다 안됐다 하는 문제는 접촉 불량과 노이즈인 것 같습니다. 

선을 반으로 줄여 봤어도, 에러가 자꾸 났는데 납땜 문제로 노이즈가 더 심해 졌을 지도 모르겠고..
다시 u-SD-Card 소켙을 바꾸고 긴 케이블을 연결하니 잘 되는 것을 보니 u-SD-Card 소켙의 접촉 불량이나
선 불량 으로 보이고,  통신 속도를 늦춰도 똑같은 현상이 나타나는 것을 보아 고속 통신으로 인한 데이터의 지연 문제는 아닌 것 같습니다.

그냥 아트웍할 때, 신경써서 하면 잘 될 것 같네요.

되긴 하나, 왠지 찝찝 하여.. 다시 껐다 켜고를 반복 하니 또 에러가 났습니다.
u-SD Card 쪽 핀헤더에 연결한 점퍼 와이어를 꾹 눌러주면 되고 띠면 안되는 것으로 보아,
콘넥터 접촉불량으로 결론을 냈습니다. 제가 혹시 혼란을 가중 시켰나 모르겠습니다.

[결론] 

u-SD Card 인터페이스 시, 접촉 불량 안나도록 배선을 잘하라. ^^





[DMA로 수정한 상태에서 BLOCK_SIZE(512 Byte) 이상을 읽으면, f_read() 함수의 return 값이 Error을 리턴한다]
위의 소제목과 같이 Error를 리턴 합니다만, 그냥 무시하고 쓰면 됩니다. 
원인을 찾아서 고치면 좋겠는데, 시간과 능력이 부족하여 저는 그냥 쓰기로 했습니다.
이상하게, 에러는 발생하지만 동작에는 문제가 없었습니다.
(현재 프로그램을 정리하다 보니 이 현상이 없어 졌는데, 조금 더 두고 봐야 겠습니다)

참고로, 인터넷에서 알랑방구 좀 뀌는 외국인의 글을 소개하자면..
u-SD Card 속도를 올리기 위해서는 다음같은 사항을 점검하라고 하네요.
1. 데이터 버스폭은 4Bit 로 했는지 검토.
2. 코드를 DMA로 바꿨는지 검토.
3. 클럭 스피드 검토(Cube 툴에서 기본 설정: 24MHz, 최대 48MHz)

^^   저는 이 분이, sd 카드 DMA에 대해서 알려 주는 것도 같지만.. 지가 한 내용을 가지고 속도 빠르다고 자랑하는 것 같아 보였어요. 소스 코드도 옛날 것이고 받은 코드도 파일이 좀 빠져 있고, 결국엔 아무 도움도 안됐네요.

다만, DMA를 사용하면 빨라진다는 정도만 소득으로 얻었습니다.(링크 주소)



마지막으로 제가 첨부하는 예제의 설명 입니다.
여러가지 테스트 함수들이 들어 있는데, 소스 코드 보시고 참고하시고.. 실제로 실행되는 함수는 read_BMP_file_DMA() 함수입니다.
이 함수 내부의 GPIO ON/OFF 코드는 오실로 스코프로 DMA 시간 테스트를 위해서 만들어 놓은 것이니 괜히 고민하지 마시길 바랍니다. 또한 __nop() 함수는 MCU가 100MHz 동작하니까, 오실로 스코프로 봐도 GPIO 변환 지점이 잘 안보여서 딜레이 대용으로 넣은 것이니 신경 쓰지 않으셔도 됩니다.

예제 코드에서는 64x64 BMP 파일을 DMA 읽어서 UART2 포트로 전부 뿌리도록 되어 있습니다.
UART 출력 결과는 다음과 같습니다.



아가~~ ㄱ ^^ 
정말로 중요한 내용이 빠졌네요.
f_read 에서 한 번에 많은 데이터를 읽을 때, 데이터 버퍼의 크기에 맞게 스택 사이즈 늘려주셔야 합니다.
이전에 다룬 내용을 참고 하시기 바랍니다 




제가 테스트한 보드에서 사용된 MCU의 핀맵입니다.



소스코드 첨부합니다.

sd_LEDSigne_v100_2.zip


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일단 동작이 되서 아무생각 없이 넘어 갔는데,

데이터 전송률을 계산하려다보니 SDIO 클럭을 계산하는 방법을 찾아 봤습니다.

설명이 명확하게 안나온 것인지, 제가 이해를 못 한 것인지 ... 해서 또 노가다를 뛰었습니다.

레퍼런스 메뉴얼에는 다음과 같은 블럭도가 있었습니다.



내용은 SDIO 는 PCLK2 와 SDIOCLK 2개를 사용한다는 것이고,
실제 외부에 나와있는 SDIO_CK 는 SDIOCLK 와 관계가 있고,
SDIOCLK 는 48MHz 이다.

그런데, "SDIOCLK 는 PCLK 와 관계가 없는것인가? " 라는 내용을 잘 찾을 수가 없었습니다.
관계가 있는지 없는지 확인을 해 봤습니다.



APB2CLK 을 2분주하고 SDIO_CK 를 오실로 스코프로 찍어 보니, 아무런 변화가 없었습니다.
즉 PCLK2 하고는 관계가 없다고 볼 수 있겠죠. 그렇다면 SDIOCLK 는 48MHz로 내부에서 PCLK와 상관없이 고정된 틀럭이라고 보면 될 것 같습니다.


그러면 SDIO_CK 는 어떻게 설정을 하는가를 찾아 보니, CUBE 툴에 다음과 같은 내용이 있었습니다.



SDIO_CK = SDIOCLK / [CLKDIV + 2] 라고 되어 있습니다.
현재 설정은 void MX_SDIO_SD_Init() 함수에서 CLKDIV 가 0으로 되어 있으니 SDIO_CK = SDIOCLK(48MHz) / [0 + 2] = 24MHz 입니다.
실제로 오실로 스코프로 봤습니다.



계산상으로 21MHz 이니까, 거의 24MHz 가 나오네요. 대략 맞네요.

그럼 CLKDIV를  2로 해서 4분주를 하면 12MHz 정도 나올 것으로 예상하고 오실로 스코프로 측정을 해 봤습니다.





SDIO_CK 가 계산상으로는 10MHz 로 대략 12MHz 정도로 일치한다고 봅니다. 눈으로 보고 측정을 하니 오차가 좀 있네요.


따라서 결론은,
1. SDIO_CK 는 SDIOCLK 하고만 관계가 있고, 
2. SDIOCLK는 48MHz로 고정된 독립된 클락이다.
3. SDIO_CK 의 속도를 조정하는 공식은 SDIO_CK = SDIOCLK / [CLKDIV + 2] 이다.


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STM32F4xx 의 SDIO 통신방식으로 u-SD Card 를 다뤄 보겠습니다.


여러가지 예제를 보고 그대로 했는데도 자꾸 실수를 하는 바람에,
동작 시키기까지 하루 종일 걸렸네요. ^^

SD 카드 모듈은 Waveshare 에서 만든 그냥 u-SD Card 모듈인데, 엘레파츠에서 샀습니다.



Nucleo 보드와 SD Card 모듈의 H/W 연결은 다음과 같습니다.



실제 연결한 그림입니다. 사진을 잘 못 찍어서 이렇네요. ^^



SDIO의 큐브에서 설정은 다음과 같습니다. SDIO 를 넣었더니 clock 설정에서 APB1 peripheral clocks(MHz) 가 42MHz 이하로 줄여야 한다고 에러가 나서 42MHz로 맞추다 보니 시스템 클럭은 84MHz로 줄어 버렸습니다.



SDIO 4Bit 핀아웃은 다음과 같습니다. 데이터버스 4개,CLK,CMD 로 총 6개의 I/O 가 사용되고 경우에 따라서 CD(Card Detect) 입력을 1개 쓸 수도 있습니다. 일단은 테스트니까, CD는 사용 안했습니다.



프로그램은 그냥 Polling으로 처리했습니다. 나중에 DMA를 사용하면 아주 빠르다고 하네요.
프로그램은 
1. SD card 초기화하고, 
2. 텍스트 파일을 1개 만들어서 , 
3. 파일에 스트링을 몇자 쓰고 ,
4. 파일을 닫아서,
5. PC에서 SD Card를 읽어서 확인해 봤습니다.

다른 것은 별 어려움이 없었는데, 4Bit Wire로 바꾸는 것이 좀 어려웠습니다.
어딘가에서 바뀔 수도 있는지 모르겠는데, BSP_SD_Init(); 함수를 실행해야 4비트 방식으로 바뀌는 것인데..
프로그램 어디에도 BSP_SD_Init();함수를 실행하지를 않아서 SD Card 초기화 하고 나서 main()함수안에 BSP_SD_Init(); 함수를 실행하도록 수정했습니다.

int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */
    uint8_t i;
    char tx_buf[100];
    uint8_t file_path[13] = "testfile.txt";
    file_path[12] = '\0';
    uint8_t testBuffer[16] = "SD write success";
    UINT testBytes;
  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration----------------------------------------------------------*/
  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();
  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_TIM3_Init();
  MX_USART2_UART_Init();
  MX_I2C1_Init();
  MX_SDIO_SD_Init();
  MX_FATFS_Init();

  /* Initialize interrupts */
  MX_NVIC_Init();

  /* USER CODE BEGIN 2 */
for (i=0;i<10;i++)
{
sprintf(tx_buf,"UART Test ... [%3d] \n\r",i);
HAL_UART_Transmit(&huart2,(uint8_t *)tx_buf,cus_Size_of(tx_buf),3);
}
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);

BSP_SD_Init();

   :
   :
   :
}




다음은 이 프로그램에 의해 UART로 response 를 출력해 본 내용입니다. (제가 디버그용으로 UART를 주로 쓰는 편이라..)
response 가 0 이면 정상입니다.



다음은 SD card 내용과 그안에 만들어진 텍스트 파일의 내용입니다.





소스파일 첨부 합니다.


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