RT-Thread GD32F4xx实现SD卡热插拔检测功能

GD32F470移植RT-Thread操作系统添加SD卡功能，增加SD卡热插拔检测

- 一、RT-Thread移植sd卡功能
- 二、实现SD卡热插拔检测原理
- 三、软件实现过程
- 四、延展之ASSERT ERROR，即RT-Thread断言错误
- 五、延展之STM32 SD卡热插拔检测
- 六、结束语

一、RT-Thread移植sd卡功能

RT-Thread官方下载gd32f470的源代码，根据自己的情况裁剪一下无关的文件，配置好工程，打开env配置工具，使能SDIO，使能DFS虚拟文件系统，使能elm-chan fatfs文件系统，将注册的sd0块设备以elm fatfs形式注册到DFS虚拟文件系统中。文件系统需要用到RTC，在env中使能RTC功能，配置一下系统时间。
env配置如下图：
在这里插入图片描述
env配置完之后，打开keil编译工程，下载到板子里，用console查看sd设备是否挂载成功（默认sd0，块设备），如下图挂载成功：

当设备列表中有sd0块设备时表明sd卡注册成功了，此时在应用层调用dfs_mount挂载sd0，然后就可以使用文件系统了。
SD卡的流程大概就这样，这里不做详细描述了。RT-Thread官方下载的源代码工程裁剪以及env工具配置使用等可以参考我另一篇博文。工程裁剪及env配置

二、实现SD卡热插拔检测原理

添加好sd卡驱动后，挂载sd0块设备后就能用文件系统操作了。刚开始调试好时，测试发现如果上电前未插入sd卡，系统会直接死机；另外在sd卡挂载成功后，中途拔卡也会出现系统故障；如果支持热插拔会好很多，提升用卡体验感。但是gd32f470的sd驱动中不包含卡的热插拔功能，需要自己实现。
实现方式为：
通过检测SD卡的check pin脚的电平边沿变化来检测SD卡时候插入和拔出，当插入SD卡的时候，该脚变为低电平，当拔掉SD卡的时候，该脚变为高电平。
不过该方式有一定的局限性，因为有些板子的check pin是悬空的，并没有接在mcu的任何脚上，这种情况下，使用上面所述的方法进行热插拔检测就不可行了，比方说，野火的F429挑战者开发板，它的SD卡的check pin就是悬空的，如图：
在这里插入图片描述
不过我所用的板子，checkpin脚是有接到mcu的管脚上的，如下图：

所以只需在sd卡应用代码里增加这个管脚的信号检测就可以实现sd卡的热插拔功能了！

三、软件实现过程

1、定义热插拔检测管脚

/* SD Card hot plug detection pin */
#define SD_CHECK_PIN        GET_PIN(A, 15)

2、创建sd卡挂载线程，sd卡挂载线程代码如下：

static void sd_mount(void *parameter)
{
    rt_uint8_t re_sd_check_pin = 1;

    while (1)
    {
        rt_thread_mdelay(200);
        if(re_sd_check_pin && (re_sd_check_pin = rt_pin_read(SD_CHECK_PIN)) == 0)
        {
            if (_sdcard_mount() == RT_EOK)
            {
                LOG_I("sd mount ok!");
                rt_event_send(&sd_mount_event, eEVENT_SD_MOUNT);
            }
        }

        if (!re_sd_check_pin && (re_sd_check_pin = rt_pin_read(SD_CHECK_PIN)) != 0)
        {
            if (_sdcard_unmount() == RT_EOK)
            {
                LOG_I("sd unmount ok!");
                rt_event_send(&sd_mount_event, eEVENT_SD_UNMOUNT);
            }
        }
    }
}

该线程只是检测SD卡插拔的状态。
“re_sd_check_pin = 1"的作用是为了让SD卡在未上电的时候已经插进去了这种情况下制造电平边沿用的。因为如果SD卡一直插着，是没有电平变化的。“re_sd_check_pin = 1"就是为了手动制造一个电平变化出来。否则无法通过if语言的电平边沿检测，也就是说无法执行”_sdcard_mount()”。需要注意的是，这段代码中的两个if语句之后都会跟着一个"re_sd_check = rt_pin_read(SD_CHECK_PIN)"去记录上次的的电平值。

在上电后拔卡时，检测SD_CHECK_PIN管脚为高电平，此时第二个if条件成立，执行"_sdcard_unmount()"，卸载完sd卡后我加了一个卸载事件发送，告知sd卡应用线程，此时sd卡已拔出，关闭所有对sd卡的操作。

在上电后插卡时，检测SD_CHECK_PIN管脚为高电平，此时第一个if条件成立，执行"_sdcard_mount()"，挂载完sd卡后我加了一个挂载事件发送，告知sd卡应用线程，此时sd卡已插入，可以对sd卡进行操作。

3、SD卡挂载函数_sdcard_mount()代码如下：

static rt_int32_t _sdcard_mount(void)
{
    rt_device_t device;

    device = rt_device_find("sd0");
    if (device == RT_NULL)
    {
        if (sd_device_register() != RT_EOK) return -RT_ERROR;
        device = rt_device_find("sd0");
    }
    if (device != RT_NULL)
    {
        if (dfs_mount("sd0", "/", "elm", 0, 0) == RT_EOK)
        {
            LOG_I("sd card mount to '/'");
            return RT_EOK;
        }
        else
        {
            LOG_W("sd card mount to '/' failed!");
            return -RT_ERROR;
        }
    }
    return -RT_ERROR;
}

这里主要就是sd卡的挂载，当发现sd0设备找不到的时候，执行sd_device_register()注册设备，注册完之后find sd0设备，然后mount该sd0设备到dfs虚拟文件系统中。

4、SD卡卸载函数_sdcard_unmount()代码如下：

static rt_int32_t _sdcard_unmount(void)
{
    rt_thread_mdelay(200);
    if (dfs_unmount("/") != RT_EOK) return -RT_ERROR;
    LOG_I("Unmount \"/\"");
    if (sd_device_remove() != RT_EOK) return -RT_ERROR;
    return RT_EOK;
}

这里主要就是sd卡的卸载，先卸载文件系统，再移除sd0设备。

5、sd_device_register()

rt_err_t sd_device_register(void)
{
    rt_hw_sdcard_init();
    return RT_EOK;
}

sd设备驱动就是调用rt_hw_sdcard_init()进行初始化的，检测到重新插卡后就再次初始化一下sd卡。

6、sd_device_remove()

rt_err_t sd_device_remove(void)
{
    rt_sem_detach(&sd.sem);
    rt_mutex_detach(&sd.sd_lock);
    rt_device_unregister(&sd.sdcard_device);
    return RT_EOK;
}

当时调试的时候，这里导致了一个ASSERT错误，查了一天才找到原因。。。
这里需要分离semaphore和mutex，然后unregister设备。一开始我没有直接分离semaphore和mutex，导致拔卡之后再插卡就提示ASSERT错误，然后系统奔溃。
为啥是分离semaphore和mutex而不是删除，因为在rt_hw_sdcard_init()里面初始化了静态的semaphore和mutex。如果是创建的动态semaphore和mutex，则是执行删除，然后rt_free内存，否则也是会运行出错。

7、运行效果如下
在这里插入图片描述

四、延展之ASSERT ERROR，即RT-Thread断言错误

在这次调试中，有遇到ASSERT错误，导致系统直接死机。即我前面说到的未删除原来初始化的信号量及互斥量，再次初始化时导致ASSERT错误。
当时错误的提示：
在这里插入图片描述
RT-Thread系统还挺好用的，直接把错误给打印出来了，而且还很详细。首先obj != object是断言的内容，在rt_object_init函数里面断言出错的，而且告知了是在383行！我理解的就是：初始化object的时候，系统检测初始化的object和obj列表中的一致，意思是已经初始化了、已经存在该对象信息。
查看代码找到ASSERT错误的地方：
在这里插入图片描述

常见RT-Thread ASSERT错误原因：
1、使用的对象未创建或初始化，如：事件、信号量、消息队列等等。
2、对象还未初始化，在别的线程调用了，如：rt_sem_take等等。
3、初始化函数使用错误，init是静态初始化，先定义好控制块存储地址；create是动态初始化，由动态内存分配，create返回的是控制块的句柄，即指针。
4、RT-Thread默认只需要init一次内核对象，第二次默认不初始化。对未删除或分离的对象，再次初始化也会导致assert错误。

五、延展之STM32 SD卡热插拔检测

最初是使用ST的bsp库来开发sd卡功能的，但是发现在sd卡初始化的时候，读取scr寄存器一直没响应，导致sd卡初始化失败。随后在网上找到一种解决办法：

在这里插入图片描述
在rthw_sdio_send_command()里，去掉接收等待。
在cmd51发送完之后，hw_sdio->sta的值为0x20a400，与上HW_SDIO_IT_RXACT为真，导致超时，此时判断始终返回错误。注释掉cm->err = -RT_ERROR后，挂载成功，可以读写sd卡文件。目前尝试二十几次，均正常。现在始终不明白是读寄存器错误还是其他原因。同样的程序在st下运行，sta返回值是0x400。

但是我调试发现偶尔有那么一两次能成功，但是概率很低，几乎99.9%初始化失败。对比找了两个芯片的驱动差异，没找到具体原因。。。最后无奈用gd32f470的bsp工程来调试sd卡，发现env配置好下载到板子里就能挂载sd设备！

用STM32的芯片驱动实现SD卡热插拔功能，原理一样，只是驱动库不一样，其实就是_sdcard_mount()和_sdcard_unmount()不一样，具体看代码：

1、_sdcard_mount()

static void _sdcard_mount(void)
{
    rt_device_t device;

    device = rt_device_find("sd0");
    if (device == NULL)
    {
        mmcsd_wait_cd_changed(0);
        stm32_mmcsd_change();
        mmcsd_wait_cd_changed(RT_WAITING_FOREVER);
        device = rt_device_find("sd0");
    }
    if (device != RT_NULL)
    {
        if (dfs_mount("sd0", "/", "elm", 0, 0) == RT_EOK)
        {
            LOG_I("sd card mount to '/'");
        }
        else
        {
            LOG_W("sd card mount to '/' failed!");
        }
    }
}

2、_sdcard_unmount()

static void _sdcard_unmount(void)
{
    rt_thread_mdelay(200);
    dfs_unmount("/");
    LOG_I("Unmount \"/\"");

    mmcsd_wait_cd_changed(0);
    stm32_mmcsd_change();
    mmcsd_wait_cd_changed(RT_WAITING_FOREVER);
}

stm32_mmcsd_change()是drv_sdio里面提供的一个接口，该函数实际是调用mmcsd_change()函数，触发mmcsd检测线程，检测线程按流程检测各类卡（SD卡、MMC卡），继续查看源代码可以发现，在init_sd里面有块设备探测失败的情况，该情况下会进入remove card的流程：
在这里插入图片描述