SD卡记录摄像头的一些坑和最终办法

ReDe · 发表于 2018-3-3 21:55:13

这篇文章分享一下SD卡记录摄像头数据的一些代码和经验。
这篇文章实验的环境是K60。最终的方案是SPI + DMA写SD卡，最后会有代码。
最早的时候，学长记录摄像头数据是用山外的SDHC库来写扇区，因为没有文件系统，电脑上没办法直接读取数据，然后用单片机再读出来发串口到调试助手上面去。感觉太过麻烦了，于是自己写了一个简易的FAT32文件系统，初始化的时候创建一个32MB的文件，拿到扇区地址，之后连续写摄像头数据，既不会因为文件系统影响写入时间，也不会突然断电而没有同步到文件。

然而真正的问题并不在这里，写文件的时候最经常遇到的问题是，写入速度太慢，SDHC一次写入两个扇区的时间飘忽不定，一度达到8ms以上，有的时候会卡死在寄存器等待的地方，严重影响了程序的时序和逻辑。真正的困扰在于SDHC工作在25MHz都已经这么慢，何况SPI呢？
真正的启发是在玩Arduino的时候，写了一个扇区，发现逻辑分析仪测得的时间只有2ms。Arduino使用的是8MHz SPI通信，竟然可以稳定在2ms的时间，发现问题并不在通信速度上。于是准备开始使用的SPI写SD卡，保持一个稳定的速度最为重要。但是在网上找了一圈也没有找到，SPI读写SD卡比较完善的库，只好把Arduino的那一套搬过来，把之前C++用C重写了一遍，移植到了K60上，直接把片选脚复用成GPIO，频率调到8MHz。连续写两个扇区大概只有3.5ms左右。SPI 25Mhz下和8Mhz下差距不过0.4ms，主要是SPI传输延迟（DT，PDT寄存器为0）已经达到极限，一味提高频率几乎没有任何收益。

于是开始配置DMA，DMA跟SPI有一点很坑，SPI有长度为4的FIFO，DMA发送512字节，发到508字节时，DMA就触发中断了（其余的4 bytes 在FIFO里被后面清掉了），需要清掉FIFO，判断SD卡状态接着发下一个扇区，发送的时序完全一样，但是就是DMA写会失败，发现传输的字节数不一样，原来是DMA没有发完放到了FIFO里就触发了中断，只好重新用SPI计数寄存器判断才解决。
本以为DMA写扇区已经大功告成了。因为SD卡发送完成时需要发送STOP TOKEN并等待2+ms左右，实际8MHz SPI传输完两个扇区的数据只用了不到1ms，我想先发送STOP TOKEN，然后进入程序逻辑，等处理完数据再进行等待。然而在DELAY 2ms以后，这段等待时间竟然还在！！！意味着这2ms的时间没办法被跳过，期间你必须不断发送0xff给SD卡时钟！！！

最后想到一个办法，通过DMA发送这些数据，于是出于习惯，const uint8_t h_ff[] = {0xff};，把地址给DMA发送256个中断一次判断SD卡是否已经准备好了。这样就完全不消耗CPU时间了，然而却发现DMA发了一个就不发了，最后问题是去掉const就可以了，貌似DMA没办法发送flash上codata段的数据。。。
至此几乎所有的坑都踩了一遍，成功了，期间很多折磨人的bug也不值得一一细说了。
这是山外摄像头开启双缓冲下的表现，sd_fps是写入帧数

代码会自动在分区里按序号保存文件

python读取摄像头的数据，示例会包含在代码里，运行环境是Anaconda python3