stm32移植FATFS文件系统后使用SPI读写TF卡总线时钟超过36MHz读写失败

Question

在stm32f103c8t6中移植FATFS文件系统后使用SPI1读写TF卡，SPI1总线时钟为72MHz，分频系数256，没超过400k，写入数据失败。时钟改为36MHz后，分频系数改成2到256都可以写入，请问这是什么原因

Answer 1

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### 问题分析

在STM32F103C8T6中移植FATFS文件系统后，使用SPI1读写TF卡时遇到的问题是：当SPI1总线时钟为72MHz且分频系数为256时（即实际传输速率为281.25kHz），写入数据失败；而将时钟改为36MHz后，分频系数从2到256都可以成功写入。这表明在某些情况下，SPI的配置可能不满足TF卡的工作要求。

原因分析

1. 时钟频率过高：TF卡对于SPI接口的时钟频率有一定的限制。如果时钟频率过高，可能会导致数据传输不稳定或失败。通常，TF卡的最大支持频率为25MHz左右，但具体数值需要参考所使用的TF卡的数据手册。

2. 信号完整性问题：高频率下，信号完整性问题（如反射、串扰等）可能会更加明显，导致数据传输错误。

3. 驱动能力不足：较高的时钟频率对MCU的驱动能力有更高的要求，如果MCU无法提供足够的驱动电流，也可能导致数据传输失败。

4. FATFS库的兼容性：FATFS库本身可能对某些时钟配置有特定的要求，特别是在低速模式下。

解决方案

1. 降低时钟频率：确保SPI时钟频率不超过TF卡的最大支持频率。例如，可以将SPI时钟频率设置为25MHz以下。

2. 优化SPI配置：调整SPI的其他参数，如数据位宽、极性和相位等，以确保与TF卡兼容。

3. 检查硬件连接：确保SPI信号线的连接良好，没有松动或接触不良的情况。

4. 增加延时：在数据传输过程中适当增加延时，以确保数据稳定传输。

示例代码

以下是STM32F103C8T6中配置SPI1的一个示例代码，假设使用HAL库：

#include "stm32f1xx_hal.h"

SPI_HandleTypeDef hspi1;

void SPI1_Init(void) {
    // GPIO初始化
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    // SPI1初始化
    __HAL_RCC_SPI1_CLK_ENABLE();
    hspi1.Instance = SPI1;
    hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
    hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
    hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
    hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;
    hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;
    hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;
    hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_2;  // 36MHz / 2 = 18MHz
    hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
    hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;
    hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
    hspi1.Init.CRCPolynomial = 10;
    if (HAL_SPI_Init(&hspi1) != HAL_OK) {
        // 初始化错误处理
        Error_Handler();
    }
}

void Error_Handler(void) {
    // 错误处理
    while(1) {
        HAL_Delay(1000);
    }
}

总结

通过降低SPI时钟频率并调整相关配置，可以解决在高频率下TF卡数据写入失败的问题。建议查阅TF卡的数据手册，确认其最大支持的SPI时钟频率，并在此基础上进行配置。同时，确保硬件连接和信号完整性也是关键因素。