SD卡是一個(gè)嵌入式中非常常用的外設(shè)，可以用于存儲(chǔ)一些大容量的數(shù)據(jù)。但用單片機(jī)讀寫(xiě)SD卡速度一般都有限（對(duì)于高速SD卡，主要是受限于單片機(jī)本身的接口速度），在高速、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)可能會(huì)有影響。但具體速度可以達(dá)到多少呢，今天就來(lái)實(shí)際測(cè)試一下。

SD卡一般有兩種常用的接口SPI和SDIO，SDIO又有1線和4線之分。很多單片機(jī)沒(méi)有SDIO接口，但SPI接口就比較常用，今天主要來(lái)測(cè)試一下SPI接口讀寫(xiě)SD卡的速度，主要是寫(xiě)入速度。

測(cè)試條件：

單片機(jī)：STM32L433CCT6

編譯環(huán)境：MDK 5.30+HAL庫(kù)

SD卡：32Gbit SDNAND，型號(hào)：米客方德MKDV32GCL-STH

文件系統(tǒng)：FatFS R0.12c

1.單純SPI接口測(cè)試（非DMA）

我們知道，想SD卡之類的Flash存儲(chǔ)器，一般都是按扇區(qū)擦除整塊數(shù)據(jù)。因此每次寫(xiě)入字節(jié)數(shù)是扇區(qū)整數(shù)倍時(shí)，效率會(huì)比較高。同時(shí)，每次寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，都需要先發(fā)送一些SD卡的指令，所以單次寫(xiě)入數(shù)據(jù)量越大，平均速度也就越快。了解了這些，我們就知道如何進(jìn)行測(cè)試了。

首先，SD卡底層驅(qū)動(dòng)使用的是HAL庫(kù)函數(shù)，單字節(jié)讀寫(xiě)，沒(méi)有任何改動(dòng)和優(yōu)化：

uint8_tSPI_ReadWriteByte(uint8_t TxData)
{ uint8_t RxData = 0;HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi3,&TxData,&RxData,1,100);return RxData;
}

接下來(lái)，我們先確定SPI和時(shí)鐘頻率多少合適，經(jīng)過(guò)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)20MHz的時(shí)鐘頻率比較合適，10MHz時(shí)讀寫(xiě)速度會(huì)降低，再高的時(shí)鐘頻率對(duì)速度的提升也很小。因此我們這里用20MHz的時(shí)鐘。

然后我們分別測(cè)試單次寫(xiě)入4KB、8KB、16KB時(shí)的速度為多少，測(cè)試結(jié)果如下：

可以看到，單次寫(xiě)入數(shù)據(jù)量越大，平均速度就越快。當(dāng)單次寫(xiě)入數(shù)據(jù)達(dá)到32KB時(shí)，速度提升不明顯。而且一般單片機(jī)內(nèi)部RAM緩存也有限，單次寫(xiě)入16KB是一個(gè)比較合適的選擇。

看到這個(gè)不到100KB/S速度，我還是有的不敢相信的，畢竟20MHz的時(shí)鐘，理論上速度可以達(dá)到2MB/S左右，考慮到一些文件系統(tǒng)等協(xié)議的消耗，能到1/3差不多，那也得600多KB，現(xiàn)在的速度差距有點(diǎn)大。

當(dāng)然，這個(gè)使用的HAL庫(kù)函數(shù)有關(guān)，HAL_SPI_TransmitReceive函數(shù)效率比較低，內(nèi)部做了大量的判斷等操作，而且單字節(jié)傳輸也嚴(yán)重影響效率。如果自己優(yōu)化一下，相信效率會(huì)有很大的提升。有興趣的小伙伴可以試試。我們這次其實(shí)主要是測(cè)試SPI+DMA的速度，所以就不在這里糾結(jié)了。

2.SPI+DMA接口測(cè)試

DMA可以在外設(shè)和內(nèi)存之間搬運(yùn)數(shù)據(jù)，而不需要CPU的參與。其優(yōu)勢(shì)在于大量數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，比如SD卡讀寫(xiě)、SPI接口的液晶屏刷屏等。如果只是讀寫(xiě)幾個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，比如一些SPI接口的AD、DA等，DMA的優(yōu)勢(shì)就不明顯。

因?yàn)镾PI接口的設(shè)備一般都不是純數(shù)據(jù)傳輸，都要配合一些指令等。所以即使使用DMA，也是要等待DMA傳輸完成再進(jìn)行其它操作。當(dāng)然這期間CPU可以通過(guò)中斷方式去處理一些其它事情。

SPI+DMA寫(xiě)數(shù)據(jù)函數(shù)如下，使用的也是HAL庫(kù)，沒(méi)有進(jìn)行優(yōu)化。

int8_t SD_WriteBuffer_DMA(const uint8_t *TxData, uint16_t Size)
{uint32_t i = 0;          // 循環(huán)變量SPI3_DMA_Flag = 0;SPI_TransmitReceive_DMA(&HSPI_TF, (uint8_t*)TxData, txrxdata, Size); /* 等待DMA傳輸完成 */while (1){if(SPI3_DMA_Flag == 1)break;i++;if (i > 0xFFFFFF){return 1;  /* 超時(shí)退出 */}}return 0;
}

以向SD卡寫(xiě)數(shù)據(jù)為例，需要改為DMA的地方有2處：寫(xiě)命令和寫(xiě)扇區(qū)數(shù)據(jù)，因?yàn)檫@兩處發(fā)送的字節(jié)數(shù)比較多。一些SD卡的起始、結(jié)束、應(yīng)答等單字節(jié)的數(shù)據(jù)傳輸使用的還是非DMA方式傳輸。下面是部分程序：

我們進(jìn)行了兩種測(cè)試：只使能DMA寫(xiě)扇區(qū)數(shù)據(jù)，以及使能DMA寫(xiě)扇區(qū)數(shù)據(jù)和發(fā)送指令。都是按照單次寫(xiě)入16KB進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下：

可以看到，速度提升非常明顯。數(shù)據(jù)和指令都用DMA傳輸時(shí)，速度最快。如果再進(jìn)行一些底層函數(shù)的優(yōu)化，速度還會(huì)有提升。

最后我們對(duì)讀取速度也進(jìn)行了測(cè)試，使用DMA方式，使能DMA讀扇區(qū)數(shù)據(jù)和發(fā)送指令，測(cè)試結(jié)果如下，讀取速度可以達(dá)到1.1MB~1.2MB/S。

3.總結(jié)

SPI+DMA的方式讀寫(xiě)SD卡速度優(yōu)勢(shì)明顯，推薦使用。當(dāng)然，這跟非DMA方式的底層函數(shù)效率低下有很大的關(guān)系。

但DMA的另一個(gè)更重要的優(yōu)勢(shì)在于，讀寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)可以大部分釋放CPU資源。比如我之前的一個(gè)應(yīng)用，需要以1KHz的頻率在外部中斷中去讀取一些數(shù)據(jù)，每次大約需要幾十uS。如果使用非DMA方式，頻繁的中斷，且?guī)资畊S時(shí)間也不短，會(huì)導(dǎo)致SD卡寫(xiě)入出錯(cuò)。而使用DMA方式則不會(huì)有這個(gè)問(wèn)題。

驅(qū)動(dòng)程序：

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