Seleziona l'interfaccia SD per ESP32: 12 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Queste istruzioni mostrano qualcosa sulla selezione di un'interfaccia SD per il tuo progetto ESP32.

Passaggio 1: interfaccia SD

Nella libreria SD Arduino originale, SD Interface utilizza la modalità di trasferimento bus SD SPI.

SD in realtà ha più modalità di trasferimento:

• Modalità bus SPI: ESP32 ha più di 1 bus SPI, può essere personalizzato durante l'inizializzazione
• Modalità bus SD a 1 bit / 4 bit: ESP32 dedica un'altra libreria chiamata SD_MMC per implementare l'API della modalità bus SD
• Modalità SD UHS-II: ESP32 non supportato

Rif.:

www.arduino.cc/en/reference/SD

en.wikipedia.org/wiki/SD_card

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

Passaggio 2: mappatura dei pin GPIO ESP32

Ecco la mappatura dei pin GPIO ESP32 predefinita:

Pin della scheda SD	Pin MicroSD	Nome	Bus SD a 4 bit	Bus SD a 1 bit	Bus SPI (pin HSPI / VSPInative)
1	2	RE3	13	-	SS (15 / 5)
2	3	CMD	15	15	MOSI (13 / 23)
3	-	VSS	GND	GND	GND
4	4	VDD	3,3 V	3,3 V	3,3 V
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	re2	12	-	-

La mappatura dei pin GPIO del bus SD a 1 bit / 4 bit non può essere modificata.

Chiamata semplice SD_MMC begin() alla modalità bus SD a 4 bit iniziale:

SD_MMC.begin();

La modalità bus SD a 1 bit può essere selezionata nel metodo SD_MMC begin(), ad es.

SD_MMC.begin("/cdcard", true);

Il bus SPI (HSPI o VSPI) può essere selezionato durante la creazione dell'istanza SPIClass, ad es.

SPIClass spi = SPIClass(HSPI);

Come puoi vedere, i pin del bus SD a 1 bit / 4 bit condividono i pin con HSPI ma la mappatura dei pin della scheda SD non è la stessa. Quindi, se l'hardware è collegato in base alla mappa dei pin del bus SD, non può utilizzare direttamente i pin nativi HSPI. I pin GPIO possono essere sovrascritti nel metodo SPIClass begin(), ad es.

SPIClass spi = SPIClass(HSPI);

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

E anche la libreria SD può sovrascrivere il pin SS, il bus SPI e la frequenza del bus con il metodo SD begin(), ad es.

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

Passaggio 3: requisiti per il pull-up SD

Se si desidera utilizzare la modalità bus SD a 4 bit, seguire i requisiti di pull-up SD ESP32, in particolare:

• Conflitti pull-up su GPIO13
• Conflitti tra Bootstrap e SDIO su DAT2

Rif.:

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

Passaggio 4: hardware vario

ESP32 ha tonnellate di kit di sviluppo e scheda di sviluppo, alcuni di essi hanno uno slot per schede MicroSD integrato.

Ecco alcuni esempi nella mia mano:

• TTGO T-Watch, è collegato ai pin GPIO 2, 13, 14 e 15 in base alla modalità bus SD a 1 bit, quindi può utilizzare la modalità bus SD a 1 bit e la modalità bus SPI
• M5Stack Series, è collegato ai pin GPIO 4, 18, 19 e 23 in base ai pin nativi VSPI, quindi può utilizzare le impostazioni predefinite della libreria SD [SD.begin(4)]
• ODROID-GO, si è connesso ai pin GPIO 18, 19, 22 e 23 in base ai pin nativi VSPI, quindi può utilizzare le impostazioni predefinite della libreria SD [SD.begin(22)]
• ESP32-CAM, è collegato ai pin GPIO 2, 4, 12, 13, 14 e 15 in base alla modalità bus SD a 4 bit, quindi può utilizzare tutte le modalità bus SD a 4 bit / 1 bit e la modalità bus SPI
• Scheda di sviluppo TTGO T8, collegata ai pin GPIO 2, 13, 14 e 15 in base alla modalità bus SD a 1 bit, quindi può utilizzare la modalità bus SD a 1 bit e la modalità bus 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

Passaggio 5: scheda di sblocco per slot per schede SD

La scheda di sviluppo con slot per schede MicroSD integrato potrebbe non collegare tutti i pin e la maggior parte non può utilizzare la modalità bus SD a 4 bit. Una singola scheda breakout per slot per schede SD offre una maggiore flessibilità.

Allo stesso tempo, molte schede breakout LCD aprono anche uno slot per schede SD a grandezza naturale. Tuttavia, la maggior parte di essi interrompe solo i pin della modalità SPI. Non è sufficiente utilizzarla come modalità bus SD a 4 bit, ma puoi comunque utilizzarla come modalità bus SD a 1 bit con questa mappatura di connessione:

LCD -> ESP32

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

Passaggio 6: scollegare GPIO 2 durante il programma

La connessione in modalità bus SD a 4 bit impedisce a ESP32 di entrare in modalità programma. Ricordare di scollegare il GPIO 2 dalla scheda di breakout dello slot per schede SD DAT0 prima di caricare il nuovo programma.

Passaggio 7: benchmark

Ho scritto un semplice programma Arduino per il benchmark:

github.com/moononournation/ESP32_SD_Benchm…

Ecco l'hardware per il benchmark:

ESP32

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

Slot per scheda SD

Una scheda breakout per slot per schede MicroSD

Scheda SD

Ho una MicroSD SanDisk da 8 GB e una vecchia MicroSD da 128 MB in mano.

Passaggio 8: benchmark della modalità a 4 bit SD_MMC

MicroSD SanDisk da 8 GB

20:27:46.000 -> Test di scrittura /test_1k.bin

20:27:59.399 -> Scrivi file utilizzato: 13404 ms, 312.914368 KB/s 20:27:59.399 -> Test di scrittura /test_2k.bin 20:28:17.248 -> Scrivi file utilizzato: 17834 ms, 235.185822 KB/s 20:28:17.248 -> Test di scrittura /test_4k.bin 20:28:21.122 -> File di scrittura utilizzato: 3873 ms, 1082.959961 KB/s 20:28:21.122 -> Test di scrittura /test_8k.bin 20:28:23.147 -> File di scrittura utilizzato: 2024 ms, 2072.284668 KB/s 20:28:23.147 -> Test di scrittura /test_16k.bin 20:28:27.237 -> File di scrittura utilizzato: 4097 ms, 1023.750061 KB/s 20:28:27.237 -> Test write /test_32k.bin 20:28:30.088 -> Scrivi file utilizzato: 2842 ms, 1475.828247 KB/s 20:28:30.088 -> Test write /test_64k.bin 20:28:31.882 -> Scrivi file utilizzato: 1811 ms, 2316.015381 KB/s 20:28:31.882 -> Lettura test /test_1k.bin 20:28:35.422 -> Lettura file utilizzato: 3520 ms, 1191.563599 KB/s 20:28:35.422 -> Lettura test /test_2k.bin 20: 28:38.813 -> Leggi file utilizzato: 3389 ms, 1237.622925 KB/s 20:28:38.813 -> Test letto /test_4k.bin 20:28:42.273 -> Leggi file utilizzato: 3474 ms, 1207.341431 KB/s 20:28:42.273 -> Test letto /test_8k.bin 20:28:45.752 - > File letto utilizzato: 3487 ms, 1202.840210 KB/s 20:28:45.752 -> Test letto /test_16k.bin 20:28:48.988 -> File letto utilizzato: 3213 ms, 1305.416748 KB/s 20:28:48.988 -> Test letto /test_32k.bin 20:28:52.077 -> Leggi file utilizzato: 3093 ms, 1356.063354 KB/s 20:28:52.077 -> Test letto /test_64k.bin 20:28:55.141 -> Leggi file utilizzato: 3080 ms, 1361.786987 KB/s

Vecchia MicroSD da 128 MB

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

20:30:43.309 -> Montaggio scheda fallito

Passaggio 9: benchmark della modalità a 1 bit SD_MMC

MicroSD SanDisk da 8 GB

20:31:45.194 -> Test di scrittura /test_1k.bin

20:31:59.506 -> File di scrittura utilizzato: 14325 ms, 292.796082 KB/s 20:31:59.506 -> Scrittura di test /test_2k.bin 20:32:17.686 -> File di scrittura utilizzato: 18163 ms, 230.925735 KB/s 20:32:17.686 -> Test di scrittura /test_4k.bin 20:32:21.291 -> File di scrittura utilizzato: 3611 ms, 1161.535278 KB/s 20:32:21.291 -> Test di scrittura /test_8k.bin 20:32:23.939 -> File di scrittura utilizzato: 2652 ms, 1581.562622 KB/s 20:32:23.939 -> Test di scrittura /test_16k.bin 20:32:28.397 -> File di scrittura utilizzato: 4448 ms, 942.964050 KB/s 20:32:28.397 -> Test write /test_32k.bin 20:32:31.835 -> Scrivi file utilizzato: 3429 ms, 1223.185791 KB/s 20:32:31.835 -> Test write /test_64k.bin 20:32:33.882 -> Scrivi file utilizzato: 2058 ms, 2038.048584 KB/s 20:32:33.882 -> Test di lettura /test_1k.bin 20:32:38.031 -> File di lettura utilizzato: 4146 ms, 1011.650757 KB/s 20:32:38.031 -> Test di lettura /test_2k.bin 20: 32:42.062 -> Leggi file utilizzato: 4019 ms, 1043.618774 KB/s 20:32:42.062 -> Test letto /test_4k.bin 20:32:46.170 -> Leggi file utilizzato: 4106 ms, 1021.506104 KB/s 20:32:46.170 -> Test letto /test_8k.bin 20:32:50.288 -> File letto utilizzato: 4121 ms, 1017.787903 KB/s 20:32:50.288 -> Test letto /test_16k.bin 20:32:54.112 -> File letto utilizzato: 3840 ms, 1092.266724 KB/s 20:32:54.112 -> Test read /test_32k.bin 20:32:57.840 -> Leggi file utilizzato: 3739 ms, 1121.771606 KB/s 20:32:57.840 -> Test read /test_64k.bin 20:33:01.568 -> Leggi file utilizzato: 3711 ms, 1130.235474 KB/s

Vecchia MicroSD da 128 MB

20:33:27.366 -> Test di scrittura /test_1k.bin

20:33:42.386 -> Scrivi file utilizzato: 15020 ms, 279.247925 KB/s 20:33:42.386 -> Test di scrittura /test_2k.bin 20:33:57.927 -> Scrivi file utilizzato: 15515 ms, 270.338654 KB/s 20:33:57.927 -> Test di scrittura /test_4k.bin 20:34:13.108 -> Scrivi file utilizzato: 15195 ms, 276.031860 KB/s 20:34:13.108 -> Test di scrittura /test_8k.bin 20:34:28.162 -> File di scrittura utilizzato: 15048 ms, 278.728333 KB/s 20:34:28.162 -> Test di scrittura /test_16k.bin 20:34:43.287 -> File di scrittura utilizzato: 15142 ms, 276.998016 KB/s 20:34:43.287 -> Test write /test_32k.bin 20:34:58.278 -> Scrivi file utilizzato: 14964 ms, 280.292969 KB/s 20:34:58.278 -> Test write /test_64k.bin 20:35:13.370 -> Scrivi file utilizzato: 15101 ms, 277.750092 KB/s 20:35:13.370 -> Lettura test /test_1k.bin 20:35:17.563 -> Lettura file utilizzato: 4197 ms, 999.357666 KB/s 20:35:17.563 -> Lettura test /test_2k.bin 20: 35:21.746 -> Leggi file utilizzato: 4191 ms, 1000.788330 KB/s 20:35:21.746 -> Test letto /test_4k.bin 20:35:25.942 -> Leggi file utilizzato: 4181 ms, 1003.182007 KB/s 20:35:25.942 -> Test letto /test_8k.bin 20:35:30.101 -> File letto utilizzato: 4176 ms, 1004.383118 KB/s 20:35:30.101 -> Test letto /test_16k.bin 20:35:34.279 -> File letto utilizzato: 4174 ms, 1004.864380 KB/s 20:35:34.279 -> Test read /test_32k.bin 20:35:38.462 -> Leggi file utilizzato: 4173 ms, 1005.105225 KB/s 20:35:38.462 -> Test read /test_64k.bin 20:35:42.612 -> Leggi file utilizzato: 4173 ms, 1005.105225 KB/s

Passaggio 10: modalità SD SPI al benchmark del bus HSPI

MicroSD SanDisk da 8 GB

08:41:19.703 -> Test di scrittura /test_1k.bin

08:41:53.458 -> File di scrittura utilizzato: 33743 ms, 124.301453 KB/s 08:41:53.458 -> Scrittura di test /test_2k.bin 08:42:10.000 -> File di scrittura utilizzato: 16540 ms, 253.585495 KB/s 08:42:10.000 -> Test di scrittura /test_4k.bin 08:42:17.269 -> File di scrittura utilizzato: 7298 ms, 574.719666 KB/s 08:42:17.308 -> Test di scrittura /test_8k.bin 08:42:22.640 -> File di scrittura utilizzato: 5345 ms, 784.715454 KB/s 08:42:22.640 -> Test di scrittura /test_16k.bin 08:42:32.285 -> File di scrittura utilizzato: 9662 ms, 434.103088 KB/s 08:42:32.285 -> Test write /test_32k.bin 08:42:36.659 -> Scrivi file utilizzato: 4355 ms, 963.100830 KB/s 08:42:36.659 -> Test write /test_64k.bin 08:42:39.594 -> Scrivi file utilizzato: 2949 ms, 1422.280151 KB/s 08:42:39.594 -> Lettura test /test_1k.bin 08:42:44.774 -> Lettura file utilizzato: 5192 ms, 807.839783 KB/s 08:42:44.774 -> Lettura test /test_2k.bin 08: 42:49.969 -> Leggi file utilizzato: 5189 ms, 808.306824 KB/s 08:42:49.969 -> Test letto /test_4k.bin 08:42:55.123 -> Leggi file utilizzato: 5161 ms, 812.692139 KB/s 08:42:55.158 -> Test letto /test_8k.bin 08:43:00.300 -> Leggi file utilizzato: 5176 ms, 810.336914 KB/s 08:43:00.334 -> Lettura test /test_16k.bin 08:43:05.277 -> Lettura file utilizzato: 4948 ms, 847.676636 KB/s 08:43:05.277 -> Lettura test /test_32k.bin 08:43:10.028 -> Leggi file utilizzato: 4773 ms, 878.756348 KB/s 08:43:10.028 -> Test letto /test_64k.bin 08:43:14.760 -> Leggi file utilizzato: 4731 ms, 886.557617 KB/s

Vecchia MicroSD da 128 MB

08:43:47.777 -> Test di scrittura /test_1k.bin

08:44:04.148 -> Scrivi file utilizzato: 16390 ms, 255.906281 KB/s 08:44:04.183 -> Test di scrittura /test_2k.bin 08:44:20.648 -> Scrivi file utilizzato: 16494 ms, 254.292709 KB/s 08:44:20.648 -> Test di scrittura /test_4k.bin 08:44:36.674 -> File di scrittura utilizzato: 16001 ms, 262.127625 KB/s 08:44:36.674 -> Test di scrittura /test_8k.bin 08:44:52.849 -> File di scrittura utilizzato: 16175 ms, 259.307831 KB/s 08:44:52.849 -> Test di scrittura /test_16k.bin 08:45:09.225 -> File di scrittura utilizzato: 16397 ms, 255.797043 KB/s 08:45:09.225 -> Test write /test_32k.bin 08:45:25.363 -> Scrivi file utilizzato: 16143 ms, 259.821838 KB/s 08:45:25.397 -> Test write /test_64k.bin 08:45:41.632 -> Scrivi file utilizzato: 16263 ms, 257.904694 KB/s 08:45:41.632 -> Lettura test /test_1k.bin 08:45:46.488 -> Lettura file utilizzato: 4856 ms, 863.736389 KB/s 08:45:46.488 -> Lettura test /test_2k.bin 08: 45:51.332 -> Leggi file utilizzato: 4840 ms, 866.591736 KB/s 08:45:51.332 -> Test letto /test_4k.bin 08:45:56.163 -> Leggi file utilizzato: 4834 ms, 867.667358 KB/s 08:45:56.163 -> Test letto /test_8k.bin 08:46:00.998 -> R ead file utilizzato: 4827 ms, 868.925598 KB/s 08:46:00.998 -> Test letto /test_16k.bin 08:46:05.808 -> Leggi file utilizzato: 4825 ms, 869.285828 KB/s 08:46:05.843 -> Test read /test_32k.bin 08:46:10.637 -> Leggi file utilizzato: 4824 ms, 869.466003 KB/s 08:46:10.637 -> Test letto /test_64k.bin 08:46:15.478 -> Leggi file utilizzato: 4825 ms, 869.285828 KB/s

Passaggio 11: modalità SD SPI al benchmark del bus VSPI

MicroSD SanDisk da 8 GB

08:54:17.412 -> Test di scrittura /test_1k.bin

08:54:48.398 -> Scrivi file utilizzato: 30994 ms, 135.326324 KB/s 08:54:48.398 -> Test di scrittura /test_2k.bin 08:55:06.079 -> Scrivi file utilizzato: 17677 ms, 237.274658 KB/s 08:55:06.079 -> Test di scrittura /test_4k.bin 08:55:13.357 -> File di scrittura utilizzato: 7274 ms, 576.615906 KB/s 08:55:13.357 -> Test di scrittura /test_8k.bin 08:55:18.691 -> File di scrittura utilizzato: 5323 ms, 787.958679 KB/s 08:55:18.691 -> Test di scrittura /test_16k.bin 08:55:28.336 -> File di scrittura utilizzato: 9669 ms, 433.788818 KB/s 08:55:28.336 -> Test write /test_32k.bin 08:55:32.646 -> Scrivi file utilizzato: 4309 ms, 973.382202 KB/s 08:55:32.646 -> Test write /test_64k.bin 08:55:35.551 -> Scrivi file utilizzato: 2915 ms, 1438.869263 KB/s 08:55:35.584 -> Lettura test /test_1k.bin 08:55:40.745 -> Lettura file utilizzato: 5183 ms, 809.242554 KB/s 08:55:40.745 -> Lettura test /test_2k.bin 08: 55:45.916 -> Leggi file utilizzato: 5182 ms, 809.398682 KB/s 08:55:45.949 -> Test letto /test_4k.bin 08:55:51.091 -> Leggi file utilizzato: 5162 ms, 812.534668 KB/s 08:55:51.091 -> Test di lettura /test_8k.bin 08:55:56.257 -> Leggi file utilizzato: 5177 ms, 810.180420 KB/s 08:55:56.293 -> Lettura test /test_16k.bin 08:56:01.244 -> Lettura file utilizzato: 4956 ms, 846.308289 KB/s 08:56:01.244 -> Lettura test /test_32k.bin 08:56:06.006 -> Leggi file utilizzato: 4764 ms, 880.416443 KB/s 08:56:06.006 -> Test letto /test_64k.bin 08:56:10.716 -> Leggi file utilizzato: 4728 ms, 887.120117 KB/s

Vecchia MicroSD da 128 MB

08:51:01.939 -> Test di scrittura /test_1k.bin

08:51:18.358 -> File di scrittura utilizzato: 16422 ms, 255.407623 KB/s 08:51:18.358 -> Scrittura di test /test_2k.bin 08:51:34.529 -> File di scrittura utilizzato: 16173 ms, 259.339874 KB/s 08:51:34.529 -> Test di scrittura /test_4k.bin 08:51:50.911 -> File di scrittura utilizzato: 16372 ms, 256.187653 KB/s 08:51:50.911 -> Test di scrittura /test_8k.bin 08:52:07.056 -> File di scrittura utilizzato: 16137 ms, 259.918457 KB/s 08:52:07.056 -> Test di scrittura /test_16k.bin 08:52:23.383 -> File di scrittura utilizzato: 16351 ms, 256.516663 KB/s 08:52:23.383 -> Test write /test_32k.bin 08:52:39.533 -> Scrivi file utilizzato: 16128 ms, 260.063507 KB/s 08:52:39.533 -> Test write /test_64k.bin 08:52:55.764 -> Scrivi file utilizzato: 16250 ms, 258.111023 KB/s 08:52:55.764 -> Test di lettura /test_1k.bin 08:53:00.645 -> File di lettura utilizzato: 4855 ms, 863.914307 KB/s 08:53:00.645 -> Test di lettura /test_2k.bin 08: 53:05.459 -> Leggi file utilizzato: 4839 ms, 866.770813 KB/s 08:53:05.459 -> Test letto /test_4k.bin 08:53:10.306 -> Leggi file utilizzato: 4833 ms, 867.846863 KB/s 08:53:10.306 -> Test letto /test_8k.bin 08:53:15.127 -> R ead file utilizzato: 4827 ms, 868.925598 KB/s 08:53:15.127 -> Test letto /test_16k.bin 08:53:19.963 -> Leggi file utilizzato: 4826 ms, 869.105652 KB/s 08:53:19.963 -> Test read /test_32k.bin 08:53:24.758 -> Leggi file utilizzato: 4824 ms, 869.466003 KB/s 08:53:24.792 -> Test read /test_64k.bin 08:53:29.592 -> Leggi file utilizzato: 4824 ms, 869.466003 KB/s

Passaggio 12: arrotondamento

La modalità bus SD a 4 bit offre le migliori prestazioni, la modalità bus SD a 1 bit è circa il 20% più lenta e la modalità SPI è circa il 50% più lenta. Uno dei motivi principali è che il livello del protocollo SD_MMC non implementa alcun tipo di blocco, ma SPI lo fa. E anche la modalità bus SD a 4 bit ha doppie linee dati, quindi teoricamente raddoppia la velocità. Ma la mia vecchia MicroSD non può supportare la modalità bus SD a 4 bit.

Consiglierò la modalità bus SD a 1 bit nella maggior parte dei casi, perché:

• buona performance
• migliore compatibilità con la scheda SD
• requisiti SD Pull-up più sciolti
• sono necessari solo 3 pin GPIO
• configurazione del codice minore
• molti dev kit, dev board e breakout board possono utilizzare questa modalità