以下是针对AC6966芯片驱动128MB SD NAND的SDIO与SPI双模式详细设计指南，涵盖硬件接线、驱动代码和关键优化技巧：
一、硬件接线方案
1. SDIO模式（高速模式）
| **SD NAND引脚** | **AC6966引脚** | **附加电路** |
|------------------|------------------|-----------------------|
| CLK | SDIO_CLK (PB15) | 串联22Ω电阻 |
| CMD | SDIO_CMD (PB14) | 4.7kΩ上拉至3.3V |
| DAT0 | SDIO_D0 (PB13) | 4.7kΩ上拉至3.3V |
| DAT1 | SDIO_D1 (PB12) | 可选（4线模式可不接） |
| DAT2 | SDIO_D2 (PB11) | 可选 |
| DAT3 | SDIO_D3 (PB10) | 4.7kΩ上拉至3.3V |
| VCC | 3.3V | 100nF MLCC并联10μF电解|
| GND | GND | 短粗走线 |
**设计要点**：
- 上拉电阻需靠近SD卡座放置，**禁用时通过MOS管切断上拉电源**（如AO3401控制）
- 数据线长度匹配控制在±5mm以内
2. SPI模式（低速省资源模式）
| **SD NAND引脚** | **AC6966引脚** | **附加电路** |
|------------------|------------------|-----------------------|
| CLK | SPI2_CLK (PA5) | 串联33Ω电阻 |
| DI (MOSI) | SPI2_MOSI (PA7) | 10kΩ上拉至3.3V |
| DO (MISO) | SPI2_MISO (PA6) | 10kΩ上拉至3.3V |
| CS | GPIO_PA4 | 直接连接 |
| VCC | 3.3V | 同SDIO模式 |
| GND | GND | 同SDIO模式 |
**设计要点**：
- 使用AC6966内部上拉需设置`GPIO_Mode_IN_FLOATING`+软件上拉使能
- CS线走线远离高频信号线
二、软件驱动核心实现
1. SDIO模式驱动（4位总线）
// SDIO初始化
void SDIO_Init(void) {
SDIO_InitTypeDef sdio;
sdio.ClockDiv = SDIO_TRANSFER_CLK_DIV; // 分频系数=2（24MHz）
sdio.PowerState = SDIO_POWER_ON;
sdio.BusWide = SDIO_BUS_WIDE_4B;
sdio.HardwareFlowControl = SDIO_HARDWARE_FLOW_CONTROL_DISABLE;
HAL_SDIO_Init(&sdio);
// 配置DMA（提高传输效率）
DMA_Config(SDIO_DMA_CH, SDIO_RX_BUFFER, SDIO_TX_BUFFER);
}
// 块读写函数
SD_Error SD_ReadBlocks(uint32_t *pData, uint64_t Sector, uint32_t Count) {
SD_CmdInitTypeDef cmd;
cmd.Argument = (Sector << 9); // 转换为字节地址
cmd.CmdIndex = SD_CMD_READ_MULTIPLE_BLOCK;
cmd.Response = SDIO_RESPONSE_SHORT;
cmd.Wait = SDIO_WAIT_NO;
HAL_SDIO_SendCommand(&cmd);
while (!SDIO_GetFlagStatus(SDIO_FLAG_RX_AVAIL));
SDIO_ReadFIFO(pData, Count*512); // 512字节/扇区
return SD_OK;
}
2. SPI模式驱动（兼容性优先）
// SPI时序关键代码
uint8_t SD_SPI_Transfer(uint8_t data) {
uint8_t retry = 0;
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_FLAG_TXE) == RESET) {
if (++retry > 200) return 0xFF; // 超时处理
}
SPI_I2S_SendData(SPI2, data);
retry = 0;
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_FLAG_RXNE) == RESET) {
if (++retry > 200) return 0xFF;
}
return SPI_I2S_ReceiveData(SPI2);
}
// SD卡初始化（SPI模式）
SD_Status SD_Init_SPI(void) {
GPIO_WriteBit(SD_CS_GPIO, 1); // CS拉高
SPI_SetSpeed(SPI_SPEED_400KHZ); // 初始低速
// 发送74+个时钟脉冲
for (uint8_t i=0; i<10; i++) SD_SPI_Transfer(0xFF);
// CMD0复位
if (SD_SendCmd(CMD0, 0, 0x95) != 0x01)
return SD_ERROR;
// ...后续CMD8、ACMD41流程同前
}
三、性能优化技巧
1. 双模式自动切换
// 检测卡类型并选择模式
void SD_Detect_Mode(void) {
if (SD_Init_SDIO() == SD_OK) {
current_mode = SDIO_MODE; // 优先SDIO
} else {
if (SD_Init_SPI() == SD_OK)
current_mode = SPI_MODE;
else
Report_Error(SD_NOT_PRESENT);
}
}
2. 动态电源管理
// 智能断电（结合CS信号）
void SD_Power_Save(void) {
static uint32_t last_access_time = 0;
if (HAL_GetTick() - last_access_time > POWER_OFF_DELAY) {
GPIO_WriteBit(SD_PWR_CTRL, 1); // 关闭PMOS
sd_power_state = POWER_OFF;
}
// 访问时自动唤醒
if (sd_power_state == POWER_OFF) {
GPIO_WriteBit(SD_PWR_CTRL, 0); // 开启PMOS
delay_ms(15); // 电源稳定时间
SD_Reinit(); // 快速重新初始化
}
last_access_time = HAL_GetTick();
}
四、关键调试手段
1. 信号完整性测试
SDIO模式：使用示波器测量CLK与DAT0的建立/保持时间（应>7ns@50MHz）
SPI模式：检查CS下降沿到第一个CLK上升沿的延时（需>1μs）
2. 协议分析仪捕获
推荐工具：
- **Saleae Logic Pro 16**：同时捕获CLK/CMD/DAT0-3
- **解析脚本**：使用SD协议解码器分析初始化序列
3. 功耗测量优化
c
复制
// 测量点：
- 工作电流：正常读写时约15-30mA（128MB SD NAND）
- 休眠电流：应<5μA（需关闭所有上拉）
// 代码实测：
void Test_Power(void) {
SD_Enter_Idle();
Power_Measure_Start();
delay_ms(1000);
printf("Sleep Current: %.2f mA", Power_GetValue());
}
五、典型问题解决方案
问题现象 SDIO模式排查点 SPI模式排查点
初始化超时 检查DAT3上拉是否有效 确认CS信号电平翻转正常
读写数据CRC错误 降低时钟频率至25MHz以下 增加SPI时钟后的延时
频繁掉卡 电源纹波需<100mVpp 检查VCC断电时序
通过以上设计可实现：
SDIO模式：持续读写速度可达 8-12MB/s
SPI模式：兼顾低功耗，速度约 1-2MB/s
完整工程示例参考：AC6966_SD_NAND_Driver（需替换实际SDK头文件）
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