Выберите интерфейс SD для ESP32: 12 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

Эти инструкции показывают кое-что о выборе интерфейса SD для вашего проекта ESP32.

Шаг 1: интерфейс SD

В исходной библиотеке Arduino SD интерфейс SD использует режим передачи по шине SD SPI.

SD на самом деле имеет больше режима передачи:

• Режим шины SPI: ESP32 имеет более 1 шины SPI, его можно настроить при инициализации
• 1-битный / 4-битный режим шины SD: ESP32 выделяет другую библиотеку под названием SD_MMC для реализации API режима шины SD.
• Режим SD UHS-II: ESP32 не поддерживается

Ссылка:

www.arduino.cc/en/reference/SD

en.wikipedia.org/wiki/SD_card

docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/lat…

Шаг 2: Сопоставление контактов GPIO ESP32

Вот отображение контактов GPIO ESP32 по умолчанию:

PIN-код SD-карты	Штырь MicroSD	Имя	4-битная шина SD	1-битная шина SD	Шина SPI (контакты HSPI / VSP)
1	2	D3	13	-	СС (15/5)
2	3	CMD	15	15	MOSI (13/23)
3	-	VSS	GND	GND	GND
4	4	VDD	3,3 В	3,3 В	3,3 В
5	5	CLK	14	14	SCK (14/18)
6	6	VSS	GND	GND	GND
7	7	D0	2	2	MISO (12/19)
8	8	D1	4	-	-
9	1	D2	12	-	-

Назначение контактов GPIO 1-битной / 4-битной шины SD изменить нельзя.

Простой вызов SD_MMC begin () для начального режима 4-битной шины SD:

SD_MMC.begin ();

Режим 1-битной шины SD можно выбрать в методе SD_MMC begin (), например

SD_MMC.begin ("/ cdcard", истина);

Шину SPI (HSPI или VSPI) можно выбрать при создании экземпляра SPIClass, например

SPIClass spi = SPIClass (HSPI);

Как вы можете видеть, 1-битные / 4-битные контакты шины SD разделяют контакты с HSPI, но сопоставление контактов SD-карты не то же самое. Таким образом, если оборудование подключено в соответствии с картой контактов шины SD, оно не может напрямую использовать собственные контакты HSPI. Контакты GPIO можно переопределить в методе SPIClass begin (), например.

SPIClass spi = SPIClass (HSPI);

spi.begin (14 / * SCK * /, 2 / * MISO * /, 15 / * MOSI * /, 13 / * SS * /);

А также библиотека SD может переопределить вывод SS, шину SPI и частоту шины в методе SD begin (), например

SD.begin (13 / * SS * /, spi, 80000000);

Шаг 3. Требования к подтягиванию SD

Если вы хотите использовать режим 4-битной шины SD, обязательно следуйте требованиям ESP32 SD Pull-up, особенно:

• Конфликты подтягивания на GPIO13
• Конфликты между Bootstrap и SDIO на DAT2

Ссылка:

docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/lat…

Шаг 4: различное оборудование

ESP32 имеет множество комплектов для разработчиков и плату для разработчиков, некоторые из них имеют встроенный слот для карт MicroSD.

Вот несколько примеров в моей руке:

• TTGO T-Watch, он подключен к контактам 2, 13, 14 и 15 GPIO в соответствии с режимом 1-битной шины SD, поэтому он может использовать режим 1-битной шины SD и режим шины SPI
• M5Stack Series, он подключен к контактам GPIO 4, 18, 19 и 23 в соответствии с собственными контактами VSPI, поэтому он может использовать настройки библиотеки SD по умолчанию [SD.begin (4)]
• ODROID-GO, он подключен к контактам GPIO 18, 19, 22 и 23 в соответствии с собственными контактами VSPI, поэтому он может использовать настройки библиотеки SD по умолчанию [SD.begin (22)]
• ESP32-CAM, он подключен к контактам 2, 4, 12, 13, 14 и 15 GPIO в соответствии с 4-битным режимом шины SD, поэтому он может использовать все 4-битные / 1-битные режимы шины SD и режим шины SPI
• Плата разработчика TTGO T8, она подключена к контактам 2, 13, 14 и 15 GPIO в соответствии с режимом 1-битной шины SD, поэтому она может использовать режим 1-битной шины SD и режим шины SPI.

www.lilygo.cn/prod_view.aspx?Id=1123

docs.m5stack.com/

wiki.odroid.com/odroid_go/odroid_go

wiki.ai-thinker.com/esp32-cam

github.com/LilyGO/TTGO-T8-ESP32

Шаг 5: монтажная плата слота для SD-карты

Плата разработчика со встроенным слотом для карт MicroSD может не подключать все контакты, и большинство из них не может использовать режим 4-битной шины SD. Отдельная коммутационная плата слота для SD-карты обеспечивает большую гибкость.

В то же время многие коммутационные платы с ЖК-дисплеями также имеют полноразмерный слот для SD-карты. Однако большинство из них выламывают только контакты режима SPI. Недостаточно использовать режим 4-битной шины SD, но вы все равно можете использовать его как режим 1-битной шины SD с помощью этого сопоставления соединений:

ЖК-дисплей -> ESP32

SD_CS -> ноль SD_MOSI -> 15 SD_MISO -> 2 SD_SCK -> 14

Шаг 6: отключите GPIO 2 во время выполнения программы

Подключение в режиме 4-битной шины SD приводит к тому, что ESP32 не может войти в программный режим. Не забудьте отсоединить GPIO 2 от монтажной платы DAT0 слота SD-карты перед загрузкой новой программы.

Шаг 7: оценка

Я написал простую программу Arduino для теста:

github.com/moononournation/ESP32_SD_Benchm…

Вот оборудование для теста:

ESP32

NodeMCU ESP32-32S V1.1 (WROOM-32)

Слот для SD-карты

Коммутационная плата слота для карт MicroSD

SD Card

У меня в руках SanDisk 8 ГБ MicroSD и старая 128 МБ MicroSD.

Шаг 8: эталонный тест 4-битного режима SD_MMC

SanDisk 8 ГБ MicroSD

20: 27: 46.000 -> Тестовая запись /test_1k.bin

20: 27: 59.399 -> Используемый файл записи: 13404 мс, 312,914368 КБ / с 20: 27: 59.399 -> Тестовая запись /test_2k.bin 20: 28: 17.248 -> Используемый файл записи: 17834 мс, 235,185822 КБ / с 20: 28: 17.248 -> Тестовая запись /test_4k.bin 20: 28: 21.122 -> Используемый файл записи: 3873 мс, 1082.959961 КБ / с 20: 28: 21.122 -> Тестовая запись /test_8k.bin 20: 28: 23.147 -> Используемый файл записи: 2024 мс, 2072,284668 КБ / с 20: 28: 23.147 -> Тестовая запись /test_16k.bin 20: 28: 27.237 -> Используемый файл записи: 4097 мс, 1023.750061 КБ / с 20: 28: 27.237 -> Тест write /test_32k.bin 20: 28: 30.088 -> Используемый файл записи: 2842 мс, 1475.828247 КБ / с 20: 28: 30.088 -> Тестовая запись /test_64k.bin 20: 28: 31.882 -> Использованный файл записи: 1811 мс, 2316.015381 КБ / с 20: 28: 31.882 -> Тестовое чтение /test_1k.bin 20: 28: 35.422 -> Используемый файл чтения: 3520 мс, 1191.563599 КБ / с 20: 28: 35.422 -> Тестовое чтение /test_2k.bin 20: 28: 38.813 -> Использовано чтение файла: 3389 мс, 1237.622925 КБ / с 20: 28: 38.813 -> Тестовое чтение /test_4k.bin 20: 28: 42.273 -> Используемое чтение файла: 3474 мс, 1207.341431 КБ / с 20:28: 42.273 -> Тестовое чтение /test_8k.bin 20: 28: 45.752 - > Используемый файл чтения: 3487 мс, 1202,840210 КБ / с 20: 28: 45.752 -> Тестовое чтение /test_16k.bin 20: 28: 48.988 -> Используемый файл чтения: 3213 мс, 1305,416748 КБ / с 20: 28: 48.988 -> Тестовое чтение /test_32k.bin 20: 28: 52.077 -> Используемый файл чтения: 3093 мс, 1356.063354 КБ / с 20: 28: 52.077 -> Тестовое чтение /test_64k.bin 20: 28: 55.141 -> Используемый файл чтения: 3080 мс, 1361,786987 КБ / с

Старый 128 МБ MicroSD

20: 30: 43.309 -> E (274) sdmmc_sd: sdmmc_check_scr: send_scr вернул 0x109

20: 30: 43.309 -> Не удалось установить карту

Шаг 9: Тестирование 1-битного режима SD_MMC

SanDisk 8 ГБ MicroSD

20: 31: 45.194 -> Тестовая запись /test_1k.bin

20: 31: 59.506 -> Используемый файл записи: 14325 мс, 292,796082 КБ / с 20: 31: 59.506 -> Тестовая запись /test_2k.bin 20: 32: 17.686 -> Используемый файл записи: 18163 мс, 230,925735 КБ / с 20: 32: 17.686 -> Тестовая запись /test_4k.bin 20: 32: 21.291 -> Используемый файл записи: 3611 мс, 1161,535278 КБ / с 20: 32: 21.291 -> Тестовая запись /test_8k.bin 20: 32: 23.939 -> Используемый файл записи: 2652 мс, 1581,562622 КБ / с 20: 32: 23.939 -> Тестовая запись /test_16k.bin 20: 32: 28.397 -> Используемый файл записи: 4448 мс, 942,964050 КБ / с 20: 32: 28.397 -> Тест write /test_32k.bin 20: 32: 31.835 -> Использованный файл записи: 3429 мс, 1223.185791 КБ / с 20: 32: 31.835 -> Тестовая запись /test_64k.bin 20: 32: 33.882 -> Использованный файл записи: 2058 мс, 2038.048584 КБ / с 20: 32: 33.882 -> Тестовое чтение /test_1k.bin 20: 32: 38.031 -> Используемый файл чтения: 4146 мс, 1011.650757 КБ / с 20: 32: 38.031 -> Тестовое чтение /test_2k.bin 20: 32: 42.062 -> Использовано чтение файла: 4019 мс, 1043.618774 КБ / с 20: 32: 42.062 -> Тестовое чтение /test_4k.bin 20: 32: 46.170 -> Используемое чтение файла: 4106 мс, 1021.506104 КБ / с 20:32: 46.170 -> Тестовое чтение /test_8k.bin 20: 32: 50.288 -> Используемый файл чтения: 4121 мс, 1017.787903 КБ / с 20: 32: 50.288 -> Тестовое чтение /test_16k.bin 20: 32: 54.112 -> Используемый файл чтения: 3840 мс, 1092.266724 КБ / с 20: 32: 54.112 -> Тест чтение /test_32k.bin 20: 32: 57.840 -> Используемый файл чтения: 3739 мс, 1121.771606 КБ / с 20: 32: 57.840 -> Тестовое чтение /test_64k.bin 20: 33: 01.568 -> Используемый файл чтения: 3711 мс, 1130,235474 КБ / с

Старый 128 МБ MicroSD

20: 33: 27.366 -> Тестовая запись /test_1k.bin

20: 33: 42.386 -> Используемый файл записи: 15020 мс, 279,247925 КБ / с 20: 33: 42.386 -> Тестовая запись /test_2k.bin 20: 33: 57.927 -> Используемый файл записи: 15515 мс, 270,338654 КБ / с 20: 33: 57.927 -> Тестовая запись /test_4k.bin 20: 34: 13.108 -> Используемый файл записи: 15195 мс, 276.031860 КБ / с 20: 34: 13.108 -> Тестовая запись /test_8k.bin 20: 34: 28.162 -> Используемый файл записи: 15048 мс, 278,728333 КБ / с 20: 34: 28.162 -> Тестовая запись /test_16k.bin 20: 34: 43.287 -> Используемый файл записи: 15142 мс, 276,998016 КБ / с 20: 34: 43.287 -> Тест write /test_32k.bin 20: 34: 58.278 -> Используемый файл записи: 14964 мс, 280,292969 КБ / с 20: 34: 58.278 -> Тестовая запись /test_64k.bin 20: 35: 13.370 -> Использованный файл записи: 15101 мс, 277.750092 КБ / с 20: 35: 13.370 -> Тестовое чтение /test_1k.bin 20: 35: 17.563 -> Используемый файл чтения: 4197 мс, 999,357666 КБ / с 20: 35: 17.563 -> Тестовое чтение /test_2k.bin 20: 35: 21.746 -> Использовано чтение файла: 4191 мс, 1000.788330 КБ / с 20: 35: 21.746 -> Тестовое чтение /test_4k.bin 20: 35: 25.942 -> Используемое чтение файла: 4181 мс, 1003.182007 КБ / с 20:35: 25.942 -> Тестовое чтение /test_8k.bin 20: 35: 30.101 -> Используемый файл чтения: 4176 мс, 1004,383118 КБ / с 20: 35: 30.101 -> Тестовое чтение /test_16k.bin 20: 35: 34.279 -> Используемый файл чтения: 4174 мс, 1004,864380 КБ / с 20: 35: 34.279 -> Тест чтение /test_32k.bin 20: 35: 38.462 -> Используемый файл чтения: 4173 мс, 1005.105225 КБ / с 20: 35: 38.462 -> Тестовое чтение /test_64k.bin 20: 35: 42.612 -> Использованный файл чтения: 4173 мс, 1005,105225 КБ / с

Шаг 10: режим SD SPI при тестировании шины HSPI

SanDisk 8 ГБ MicroSD

08: 41: 19.703 -> Тестовая запись /test_1k.bin

08: 41: 53.458 -> Используемый файл записи: 33743 мс, 124,301453 КБ / с 08: 41: 53.458 -> Тестовая запись /test_2k.bin 08: 42: 10.000 -> Используемый файл записи: 16540 мс, 253,585495 КБ / с 08: 42: 10.000 -> Тестовая запись /test_4k.bin 08: 42: 17.269 -> Используемый файл записи: 7298 мс, 574.719666 КБ / с 08: 42: 17.308 -> Тестовая запись /test_8k.bin 08: 42: 22.640 -> Используемый файл записи: 5345 мс, 784,715454 КБ / с 08: 42: 22.640 -> Тестовая запись /test_16k.bin 08: 42: 32.285 -> Используемый файл записи: 9662 мс, 434,103088 КБ / с 08: 42: 32.285 -> Тест write /test_32k.bin 08: 42: 36.659 -> Использованный файл записи: 4355 мс, 963.100830 КБ / с 08: 42: 36.659 -> Тестовая запись /test_64k.bin 08: 42: 39.594 -> Использованный файл записи: 2949 мс, 1422.280151 КБ / с 08: 42: 39.594 -> Тестовое чтение /test_1k.bin 08: 42: 44.774 -> Используемый файл чтения: 5192 мс, 807.839783 КБ / с 08: 42: 44.774 -> Тестовое чтение /test_2k.bin 08: 42: 49.969 -> Использовано чтение файла: 5189 мс, 808.306824 КБ / с 08: 42: 49.969 -> Тестовое чтение /test_4k.bin 08: 42: 55.123 -> Используемое чтение файла: 5161 мс, 812.692139 КБ / с 08:42: 55.158 -> Тестовое чтение /test_8k.bin 08: 43: 00.300 -> Чтение используемый файл: 5176 мс, 810,336914 КБ / с 08: 43: 00.334 -> Тестовое чтение /test_16k.bin 08: 43: 05.277 -> Используемый файл чтения: 4948 мс, 847.676636 КБ / с 08: 43: 05.277 -> Тестовое чтение /test_32k.bin 08: 43: 10.028 -> Использовано чтение файла: 4773 мс, 878.756348 КБ / с 08: 43: 10.028 -> Тестовое чтение /test_64k.bin 08: 43: 14.760 -> Использовано чтение файла: 4731 мс, 886.557617 КБ / с

Старый 128 МБ MicroSD

08: 43: 47.777 -> Тестовая запись /test_1k.bin

08: 44: 04.148 -> Используемый файл записи: 16390 мс, 255,906281 КБ / с 08: 44: 04.183 -> Тестовая запись /test_2k.bin 08: 44: 20.648 -> Используемый файл записи: 16494 мс, 254,292709 КБ / с 08: 44: 20.648 -> Тестовая запись /test_4k.bin 08: 44: 36.674 -> Используемый файл записи: 16001 мс, 262,127625 КБ / с 08: 44: 36.674 -> Тестовая запись /test_8k.bin 08: 44: 52.849 -> Используемый файл записи: 16175 мс, 259,307831 КБ / с 08: 44: 52.849 -> Тестовая запись /test_16k.bin 08: 45: 09.225 -> Используемый файл записи: 16397 мс, 255,797043 КБ / с 08: 45: 09.225 -> Тест write /test_32k.bin 08: 45: 25.363 -> Использованный файл записи: 16143 мс, 259,821838 КБ / с 08: 45: 25.397 -> Тестовая запись /test_64k.bin 08: 45: 41.632 -> Использованный файл записи: 16263 мс, 257.904694 КБ / с 08: 45: 41.632 -> Тестовое чтение /test_1k.bin 08: 45: 46.488 -> Используемый файл чтения: 4856 мс, 863.736389 КБ / с 08: 45: 46.488 -> Тестовое чтение /test_2k.bin 08: 45: 51.332 -> Использовано чтение файла: 4840 мс, 866,591736 КБ / с 08: 45: 51.332 -> Тестовое чтение /test_4k.bin 08: 45: 56.163 -> Используемое чтение файла: 4834 мс, 867,667358 КБ / с 08:45: 56.163 -> Тестовое чтение /test_8k.bin 08: 46: 00.998 -> R Используемый файл ead: 4827 мс, 868,925598 КБ / с 08: 46: 00.998 -> Тестовое чтение /test_16k.bin 08: 46: 05.808 -> Используемый файл чтения: 4825 мс, 869,285828 КБ / с 08: 46: 05.843 -> Тест чтение /test_32k.bin 08: 46: 10.637 -> Используемый файл чтения: 4824 мс, 869.466003 КБ / с 08: 46: 10.637 -> Тестовое чтение /test_64k.bin 08: 46: 15.478 -> Используемый файл чтения: 4825 мс, 869,285828 КБ / с

Шаг 11: режим SD SPI при тестировании шины VSPI

SanDisk 8 ГБ MicroSD

08: 54: 17.412 -> Тестовая запись /test_1k.bin

08: 54: 48.398 -> Используемый файл записи: 30994 мс, 135,326324 КБ / с 08: 54: 48.398 -> Тестовая запись /test_2k.bin 08: 55: 06.079 -> Используемый файл записи: 17677 мс, 237,274658 КБ / с 08: 55: 06.079 -> Тестовая запись /test_4k.bin 08: 55: 13.357 -> Используемый файл записи: 7274 мс, 576.615906 КБ / с 08: 55: 13.357 -> Тестовая запись /test_8k.bin 08: 55: 18.691 -> Используемый файл записи: 5323 мс, 787,958679 КБ / с 08: 55: 18.691 -> Тестовая запись /test_16k.bin 08: 55: 28.336 -> Используемый файл записи: 9669 мс, 433,788818 КБ / с 08: 55: 28.336 -> Тест write /test_32k.bin 08: 55: 32.646 -> Используемый файл записи: 4309 мс, 973,382202 КБ / с 08: 55: 32.646 -> Тестовая запись /test_64k.bin 08: 55: 35.551 -> Используемый файл записи: 2915 мс, 1438.869263 КБ / с 08: 55: 35.584 -> Тестовое чтение /test_1k.bin 08: 55: 40.745 -> Используемый файл чтения: 5183 мс, 809,242554 КБ / с 08: 55: 40.745 -> Тестовое чтение /test_2k.bin 08: 55: 45.916 -> Использовано чтение файла: 5182 мс, 809,398682 КБ / с 08: 55: 45.949 -> Тестовое чтение /test_4k.bin 08: 55: 51.091 -> Используемое чтение файла: 5162 мс, 812,534668 КБ / с 08:55: 51.091 -> Тестовое чтение /test_8k.bin 08: 55: 56.257 -> Чтение используемый файл: 5177 мс, 810,180420 КБ / с 08: 55: 56.293 -> Тестовое чтение /test_16k.bin 08: 56: 01.244 -> Используемый файл чтения: 4956 мс, 846,308289 КБ / с 08: 56: 01.244 -> Тестовое чтение /test_32k.bin 08: 56: 06.006 -> Использовано чтение файла: 4764 мс, 880.416443 КБ / с 08: 56: 06.006 -> Тестовое чтение /test_64k.bin 08: 56: 10.716 -> Использовано чтение файла: 4728 мс, 887.120117 КБ / с

Старый 128 МБ MicroSD

08: 51: 01.939 -> Тестовая запись /test_1k.bin

08: 51: 18.358 -> Используемый файл записи: 16422 мс, 255,407623 КБ / с 08: 51: 18.358 -> Тестовая запись /test_2k.bin 08: 51: 34.529 -> Используемый файл записи: 16173 мс, 259,339874 КБ / с 08: 51: 34.529 -> Тестовая запись /test_4k.bin 08: 51: 50.911 -> Используемый файл записи: 16372 мс, 256.187653 КБ / с 08: 51: 50.911 -> Тестовая запись /test_8k.bin 08: 52: 07.056 -> Используемый файл записи: 16137 мс, 259,918457 КБ / с 08: 52: 07.056 -> Тестовая запись /test_16k.bin 08: 52: 23.383 -> Используемый файл записи: 16351 мс, 256,516663 КБ / с 08: 52: 23.383 -> Тест write /test_32k.bin 08: 52: 39.533 -> Использованный файл записи: 16128 мс, 260,063507 КБ / с 08: 52: 39.533 -> Тестовая запись /test_64k.bin 08: 52: 55.764 -> Использованный файл записи: 16250 мс, 258.111023 КБ / с 08: 52: 55.764 -> Тестовое чтение /test_1k.bin 08: 53: 00.645 -> Используемый файл чтения: 4855 мс, 863.914307 КБ / с 08: 53: 00.645 -> Тестовое чтение /test_2k.bin 08: 53: 05.459 -> Использовано чтение файла: 4839 мс, 866.770813 КБ / с 08: 53: 05.459 -> Тестовое чтение /test_4k.bin 08: 53: 10.306 -> Используемое чтение файла: 4833 мс, 867.846863 КБ / с 08:53: 10.306 -> Тестовое чтение /test_8k.bin 08: 53: 15.127 -> R Используемый файл ead: 4827 мс, 868,925598 КБ / с 08: 53: 15.127 -> Тестовое чтение /test_16k.bin 08: 53: 19.963 -> Используемый файл чтения: 4826 мс, 869.105652 КБ / с 08: 53: 19.963 -> Тест чтение /test_32k.bin 08: 53: 24.758 -> Используемый файл чтения: 4824 мс, 869.466003 КБ / с 08: 53: 24.792 -> Тестовое чтение /test_64k.bin 08: 53: 29.592 -> Использованный файл чтения: 4824 мс, 869.466003 КБ / с

Шаг 12: округление

Режим 4-битной шины SD имеет лучшую производительность, режим 1-битной шины SD примерно на 20% медленнее, а режим SPI примерно на 50% медленнее. Одна из основных причин заключается в том, что уровень протокола SD_MMC не реализует никаких блокировок, в отличие от SPI. А также режим 4-битной шины SD имеет двойные линии передачи данных, что теоретически удваивает скорость. Но моя старая карта MicroSD не поддерживает режим 4-битной шины SD.

В большинстве случаев я рекомендую режим 1-битной шины SD, потому что:

• хорошее исполнение
• лучшая совместимость с SD-картой
• более свободные SD требования к подтягиванию
• требуется всего 3 контакта GPIO
• меньшая конфигурация кода
• многие комплекты разработчиков, платы разработчиков и коммутационные платы могут использовать этот режим