很久沒有寫公眾號了，一方面忙，另一方面也不知道寫些什么內容，大家如果有想了解的（前提是我也懂），可以后臺發送給我。
今天主要來測試一下SPI讀寫SD卡的速度。SD卡是一個嵌入式中非常常用的外設，可以用于存儲一些大容量的數據。但用單片機讀寫SD卡速度一般都有限（對于高速SD卡，主要是受限于單片機本身的接口速度），在高速、實時數據存儲時可能會有影響。但具體速度可以達到多少呢，今天就來實際測試一下。
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。很多單片機沒有SDIO接口，但SPI接口就比較常用，今天主要來測試一下SPI接口讀寫SD卡的速度，主要是寫入速度。? ? ? ? ?
1.單純SPI接口測試（非DMA）
我們知道，像SD卡之類的Flash存儲器，一般都是按扇區擦除整塊數據。因此每次寫入字節數是扇區整數倍時，效率會比較高。同時，每次寫入數據時，都需要先發送一些SD卡的指令，所以單次寫入數據量越大，平均速度也就越快。了解了這些，我們就知道如何進行測試了。
首先，SD卡底層驅動使用的是HAL庫函數，單字節讀寫，沒有任何改動和優化：
uint8_t SPI_ReadWriteByte(uint8_t TxData){uint8_t RxData = 0;HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi3,&TxData,&RxData,1,100);return RxData;}
接下來，我們先確定SPI和時鐘頻率多少合適，經過測試，發現20MHz的時鐘頻率比較合適，10MHz時讀寫速度會降低，再高的時鐘頻率對速度的提升也很小。因此我們這里用20MHz的時鐘。
可以看到，單次寫入數據量越大，平均速度就越快。當單次寫入數據達到32KB時，速度提升不明顯。而且一般單片機內部RAM緩存也有限，單次寫入16KB是一個比較合適的選擇。
看到這個不到100KB/S速度，我還是有的不敢相信的，畢竟20MHz的時鐘，理論上速度可以達到2MB/S左右，考慮到一些文件系統等協議的消耗，能到1/3差不多，那也得600多KB，現在的速度差距有點大。
當然，這個使用的HAL庫函數有關，HAL_SPI_TransmitReceive函數效率比較低，內部做了大量的判斷等操作，而且單字節傳輸也嚴重影響效率。如果自己優化一下，相信效率會有很大的提升。有興趣的小伙伴可以試試。我們這次其實主要是測試SPI+DMA的速度，所以就不在這里糾結了。
2.SPI+DMA接口測試
DMA可以在外設和內存之間搬運數據，而不需要CPU的參與。其優勢在于大量數據傳輸時，比如SD卡讀寫、SPI接口的液晶屏刷屏等。如果只是讀寫幾個字節的數據，比如一些SPI接口的AD、DA等，DMA的優勢就不明顯。
因為SPI接口的設備一般都不是純數據傳輸，都要配合一些指令等。所以即使使用DMA，也是要等待DMA傳輸完成再進行其它操作。當然這期間CPU可以通過中斷方式去處理一些其它事情。
SPI+DMA寫數據函數如下，使用的也是HAL庫，沒有進行優化。? ? ? ? ?
int8_t SD_WriteBuffer_DMA(const uint8_t *TxData, uint16_t Size){uint32_t i = 0; // 循環變量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; /* 超時退出 */}}return 0;}
以向SD卡寫數據為例，需要改為DMA的地方有2處：寫命令和寫扇區數據，因為這兩處發送的字節數比較多。一些SD卡的起始、結束、應答等單字節的數據傳輸使用的還是非DMA方式傳輸。下面是部分程序：
可以看到，速度提升非常明顯。數據和指令都用DMA傳輸時，速度最快。如果再進行一些底層函數的優化，速度還會有提升。
最后我們對讀取速度也進行了測試，使用DMA方式，使能DMA讀扇區數據和發送指令，測試結果如下，讀取速度可以達到1.1MB~1.2MB/S。
3.總結
SPI+DMA的方式讀寫SD卡速度優勢明顯，推薦使用。當然，這跟非DMA方式的底層函數效率低下有很大的關系。
但DMA的另一個更重要的優勢在于，讀寫數據時可以大部分釋放CPU資源。比如我之前的一個應用，需要以1KHz的頻率在外部中斷中去讀取一些數據，每次大約需要幾十uS。如果使用非DMA方式，頻繁的中斷，且幾十uS時間也不短，會導致SD卡寫入出錯。而使用DMA方式則不會有這個問題。
STM32CubeMX系列教程
單片機通過WIFI模塊（ESP8266）獲取網絡時間與天氣預報
串口接收不定長數據的幾種方法
不會寫Bootloader？看這里，現成的！
UART波特率對時鐘精度的要求有多高？
Keil調試時設置斷點的高級用法
