使用RTOS系统如何选取大容量存储芯片NAND Flash

随着物联网的兴起，很多产品都要求启动速度快、功耗低、响应及时。所以RTOS（比如RT-Thread）得到了越来越广泛的应用。本身RTOS系统是面向专且精的产品，因此系统的镜像都是非常小的，基本<10MB、甚至<1MB的。但有时候开发者因为如下的需求：

　　1、使用GUI界面需要存储图片

　　2、需要存放一段启动或提示语音/视频

　　3、系统需要嵌入一些协议栈等原因，系统IMG变得很大，用NOR Flash就不太够用了。

　　这个时候就需要采用NAND Flash，但使用Raw NAND也存在几个问题: 1, 需要CPU支持并口; 2, 需要CPU做EDC/ECC，坏块管理，平均读写等操作。使用RTOS的平台CPU性能都比较有限，因此，选择一款带控制器的NAND Flash产品是一个合适的选择。

　　就目前来说，可以选择的主流产品有：SD NAND、eMMC、T卡等。针对使用RTOS的用户，优先推荐还是选择SD NAND，原因有以下几点:

　　1、SD NAND容量以 128MB/512MB为主，够用且成本合理。适合RTOS用户。

　　2、SD NAND 尺寸比T卡和eMMC要小，（6*8mm LGA-8封装）

　　3、SD NAND 方便焊接，只有8个pin脚。相比之下eMMC 是BGA 153个Ball; 而T卡本身不适用于焊接。

　　CS SD NAND不用写驱动程序自带坏块管理的NAND Flash（贴片式TF卡），尺寸小巧，简单易用，兼容性强，稳定可靠，固件可定制，LGA-8封装，标准SDIO接口，兼容SPI/SD接口，兼容各大MCU平台，可替代普通TF卡/SD卡，尺寸6x8mm毫米，内置SLC晶圆擦写寿命10万次，通过1万次随机掉电测试耐高低温，支持工业级温度-40°~+85°，机贴手贴都非常方便，速度级别Class10（读取速度23.5MB/S写入速度12.3MB/S）标准的SD2.0协议普通的SD卡可直接驱动，支持TF卡启动的SOC都可以用SD NAND，提供STM32参考例程及原厂技术支持，主流容量：128MB/512MB/4GB，比TF卡稳定，比eMMC便宜，样品免费试用。

什么？不连电脑，用Wi-Fi就能读取SD卡上的内容？

设想一个场景：

你只要将带SD卡的设备插入任何一个USB端口，它会自行创建一个FTP服务器，同一个局域网下，手机、电脑等能联网的设备都可以实现跟SD卡进行无线数据发送和接收。

再也不需要反复插拔，拿个卡拷来拷去了，是不是很方便？

今天，我们要介绍的就是这样一个项目。

所需材料和工具

硬件模块 x1 ESP8266 ESP-12Ex1 MicroSD卡x1 MicroSD卡适配器x1 双排10脚(2.54 mm)直角排针x1 FDTI模块x1 3.3v稳压器x1 万能PCB板软件应用程序和在线服务 Arduino IDE必备工具 烙铁（通用型）无铅焊锡丝

制作背景

USB的设计初衷是通用性，主要目标是实现热插拔、超级容易与其他设备对接，但多年来这个想法变得混乱。

令人感到沮丧的是USB接口有那么多不同的变种，工作方式与它们的名字[USB-通用串行总线]完全矛盾。理想情况是每个USB接收器应该与任何USB设备兼容！但现实情况是你不能把U盘或键盘插在充电器里，然后指望它能工作。

这就是我启动这个简单项目“无线读卡器”来实现这个“通用端口”创意的原因。这算是个非常好的创意！

我们所要做的就是把它插入任意USB接收器，不管哪一个！

一旦您把它插入USB，它会创建一个热点，然后我们就可以连接到这个热点，在任何兼容设备中打开任意FTP客户端程序。通过此设置，我们可以用无线方式从SD卡复制文件，以及往SD卡保存文件！

购买材料

首先我们需要准备下面这些材料：

ESP-12ESD卡Micro-SD适配器直排针90度排针导线FTDI模块Arduino Nano及USB线USB公头万能PCB板烙铁焊锡丝

第1步：认识SD卡

SD是Secure Digital的首字母缩写，它类似于你的Pendrive，但尺寸更小，价格更便宜。

SD卡与微控制器的连接有两种方式，分别是SDIO和SPI。

大多数SD卡都具备许多标准功能，并且具有相同的物理和电气规格。

SPI和SDIO之间的实际差异主要体现在软件层面。详细信息可前往了解SD、SDIO 和MMC接口。

简单说就是SDIO更快但更难实现，SPI较慢但更容易实现。由于大多数微控制器默认支持SPI，所以我们就选择SPI吧。

以下是SD卡的SPI引脚定义：

Pin-1 - CS (片选)Pin-2 - DI (MOSI)Pin-3 - GNDPin-4 - VCCPin-5 - SCLKPin-6 - GNDPin-7 - DO (MISO)Pin-8 - NCPin-9 - NC

第2步：改装SD卡适配器

你可以使用任何支持Arduino和ESP8266的SD卡模块，但对于本项，我们将使用MicroSD卡适配器，并将对它进行改装，改装后可以替代SD卡模块。

首先，清洁SD卡适配器的触点。接着将90度排针的插脚直接焊接到适配器触点上。焊接完成后，检查触点（插脚）之间有没有短路。然后一个一个地卸下黑色分隔块，以便把它放回原处时，它会与万能PCB板平齐。

裁剪万能PCB板使其与SD卡适配器完美匹配，且有一些额外的空间来安装USB接口。

虽然也可以不用SD卡适配器，直接对SD卡做同样的处理，但是风险很大，相当容易损坏SD卡。

第3步：安装USB插头

我们将使用USB接口本身给SD卡供电。因此我们使用USB公头。USB通常有4个引脚，中间2个引脚用于数据传输，边上2个引脚用于电源和接地。由于我们只需要电源，所以剪掉数据引脚，只保留GND和VCC。

把USB公头插在SD卡适配器前端我们之前预留的空间那里，然后焊接到位。但这还没有真正解决供电问题！因为SD卡需要3.3伏的电压，但是USB电源是标准的5V，如果你直接插上5V电源，你很可能会烧坏SD卡（但MicroSD卡适配器不会损坏）。

为了解决这个问题，我们将使用一个3.3V稳压器，并将USB电源的输入连接到3.3V稳压器，即将USB的GND引脚连接到稳压器的引脚1，并将USB的+5V引脚连接到稳压器的引脚3。最后，将稳压器的引脚2译注：原文为引脚3，根据电路图及稳压芯片ASM1117的说明应该是引脚2（输出引脚）和接地焊接到SD卡上。

这就解决了SD卡的电压适配。您可以查看电路图，了解更详细的接线

第4步：把所有 元件 跟ESP-12E整合

现在要读写SD卡上的数据，我们将使用ESP12E WIFI模块，虽然它比ESP32慢。但选择哪一个并不重要，我会在后面的步骤中说明原因。

首先将EN（使能引脚）焊接到ESP12E的VCC上，这是用来启动IC的。如果使能引脚没有连接到高电平信号，IC将不会启动。然后将ESP12E放在万能PCB板背面，将ESP12E的SPI引脚焊接到SD卡上对应的SPI引脚上。连接细节请查看电路图。

第5步：比较HTTP和FTP

在学习编程之前，我对下载和上传的工作原理做了一些研究，那时我偶然碰到FTP这个词。FTP是文件传输协议（File Transfer Protocol）的首字母缩写，它是用来在服务器和客户机之间传输文件的，它与普通的HTTP协议完全不同，后者是用来在客户机和服务器之间发送请求和接收响应的，而且数据量非常小。

FTP在传输文件方面比HTTP快，因为它是专门为传输文件设计的。因此，在这个项目中我选择使用FTP。FTP服务器运行在ESP-12E上，我们可以通过这个FTP服务器跟SD卡进行数据推送与获取。

第6步：挑战FTP库

我没有找到一个非常活跃的或者专门为ESP8266开发的FTP库。但是经过一番挖掘，我遇到了David Paiva，他将一个Arduino版本的FTP服务器移植到ESP8266，可惜它只支持SPIFFS，不支持SD卡。

终于功夫不负有心人，我发现有人付出努力把David Paiva的FTP库从支持SPIFFS转换成支持SD卡了。但是，当我尝试使用这个库时，遇到了两个问题。首先，我发现这个网页是韩语的，所以我不得不坐下来一点一点翻译所有的东西，以便在我能实际使用它之前知道内部的工作原理。第二个问题是，我必须修改现有的SD库来引入他所做的更改，这让人感觉很笨拙。

于是我比较了一下这两个库，一个来自David Paiva，另一个来自韩国网站，然后做了一些小的改动，把所有代码整合到一个项目里，这样就不必再安装其它额外的库了。你可以从我的Github帐户中查看项目的完整代码。

第7步：对ESP-12E编程

由于ESP-12E没有内置的烧录器，因此我们需要使用一个外部的烧录器，比如FDTI模块。所以我用几根导线和排母插座制作了一个适配器，有了这个，我们可以临时焊接到ESP12E并通过FTDI模块进行烧录。

具体接线方法是：

GND[ESP12E]连接到FDTI模块的GNDRx[ESP12E]连接到FDTI模块的TxTx[ESP12E]连接到FDTI模块的RxGPIO15[ESP12E]连接到FDTI模块的GNDGPIO0[ESP12E]连接到FDTI模块的GNDVCC[ESP12E]连接到FDTI模块的VCC

最后，使用Arduino IDE上传Github上下载的代码。

一旦程序上传完毕，你就可以焊掉连接到ESP12E烧录器的导线。

第8步：大功告成！

只需在适配器内插入MicroSD卡[最大32GB]，然后将整个设备插入任一个USB兼容设备，这样就可以开启设备了！但是先别着急，还有一些事情需要注意，为了安全起见，要确保USB端口的输出电流大于1安培。因为ESP12E模块在传输文件时会消耗更多的电流。

第9步：使用设备

一旦通电启动，设备就会创建一个名为SD Reader的热点。使用写代码里的密码连接到此热点。然后根据连接到ESP12E的设备类型，下载相应的FTP客户端软件，如果您使用PC就下载WinSCP或Filzella，如果您使用安卓设备就下载AndFTP。

以安卓设备为例，安装完成后，打开AndFTP并填写账号密码，设置FTP客户端。对我来说，我保持代码中使用默认的用户名和密码“ESP8266”。所以，用户信息使用默认值，主机使用192.168.12.7。最后，连接到FTP服务器。

连接上后，就可以从SD卡下载任何文件，也可以将文件从手机上传到SD卡。

你可以观看视频了解它是如何工作的！

总结

在断定它是一个非常方便的设备之前，让我们来回顾一下。

虽然做到了我想要的功能，但它终究是缓慢的！对于4个文件（每个大约100Kb）大约需要30秒，如果您尝试使用10MB这样更大的文件，则需要大约3-4分钟才能完成。当然，传输速率还有一定的优化空间，从我之前提到的网页来看，作者能够获得大约450kbs的读取速度。（使用ESP32和SD MMC库传输速度可能约为1MB/s）

我之所以到此为止而没有尝试去优化它有两个原因。第一个原因，我真的很希望，除了FTP服务器之外，我还可以使用USB数据线来传输数据，但ESP8266或ESP32都不支持。第二个原因，我无法通过FTP传输文件获得足够的速度。这也是为什么我不费心用ESP32代替ESP12E的原因。

但我觉得如果我们能使用支持全速USB OTG的ESP32 S2板，这些问题应该可以解决。也许我可以在另一个教程中作此尝试。

电路图

完整代码

后台回复"无线SD读卡器 ",获取。

或者前往作者GitHub代码仓库下载最新代码

项目链接：https://www.hackster.io/Neutrino-1/wireless-sd-card-reader-esp8266-de7f07

项目作者：Neutrino

中文翻译：fibx

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