STM32 SPI驱动SD NAND代码拆解：初始化、挂载、写入、格式化全流程

很多工程师第一次用SD NAND，卡住的不是硬件接线，而是软件驱动。SD NAND兼容SD协议，理论上用STM32的SDIO或SPI接口都能驱动，但SPI模式接线简单（四根线搞定），在引脚资源紧张的MCU上更常用。

本文以正点原子精英板（STM32F103）+ 米客方德MKDV4GIL-AS SD NAND为例，拆解SPI模式下从初始化到文件写入的完整代码流程。由于开发板上是TF卡接口，需要用一块TF-SD NAND转接板把LGA封装转成TF卡金手指形态。

SPI模式怎么进去的

SD NAND上电后默认处于SDIO模式。要切换到SPI模式，需要在发送CMD0（复位命令）的同时把CS片选信号拉低。这个动作一旦成功，SD NAND就锁定在SPI模式，后续所有通信都走SPI协议，不会再回到SDIO模式。

从引脚定义看，MKDV4GIL-AS在SD模式下DAT3是数据线，在SPI模式下变成CS片选线；CMD在SD模式下是命令线，SPI模式下变成MOSI（数据输入）；DAT0在SD模式下是数据线，SPI模式下变成MISO（数据输出）。同一颗芯片，模式不同，引脚功能完全不同，接线时要对照规格书的引脚分配表来接。

初始化：SD_init + f_mount

代码入口在main函数，先完成HAL库初始化、时钟配置、GPIO/SPI1/FATFS/UART外设初始化，然后调用GetSDCardCapacity()获取容量信息，进入主循环调用WritetoSD()写入数据。

GetSDCardCapacity()函数里，第一步是SDinit()——这是SD NAND的底层初始化，内部完成上电延时、发送CMD0进入SPI模式、CMD8检查电压兼容性、ACMD41激活卡片、CMD58读取OCR寄存器等SD协议规定的初始化序列。SDinit()返回0表示成功，返回1表示失败。

初始化成功后，调用FatFs文件系统的f_mount(&FS, "0:", 1)挂载文件系统。第三个参数"1"表示立即挂载（0则延迟挂载，等到第一次文件操作时才挂载）。挂载成功后，SD NAND在软件层面就变成了一个带文件系统的磁盘，可以用标准的文件API操作。

获取容量：f_getfree

挂载成功后，调用fgetfree("0:", &freclust, &fs)获取空闲簇数量。这个函数返回的fs指针指向FATFS结构体，里面有文件系统的关键参数：n_fatent是总簇数，csize是每簇扇区数。

通过这两个参数可以算出总容量和可用容量：

// c TotalSpace = (uint16_t)(((fs->n_fatent - 2) * fs->csize) / 2 / 1024); AvailableSize = (uint16_t)((fre_clust * fs->csize) / 2 / 1024); UsedSize = TotalSpace - AvailableSize;

除以2是因为每扇区512字节，再除以1024换算成MB。最后通过串口打印出来，方便确认SD NAND的容量是否正常识别。

写入文件：f_open + f_write

WritetoSD()函数展示了完整的文件写入流程。函数开头再次调用SDinit()和fmount()——每次写入前都重新初始化和挂载，这种写法虽然不够高效（实际项目中初始化一次就够了），但在测试阶段能保证每次写入都是干净状态。

关键逻辑在f_mount的返回值判断上：

// c res = f_mount(&fs, "0:", 1); if(res == FR_NO_FILESYSTEM) // 没有文件系统 { res = f_mkfs("", 0, 0); // 格式化 if(res == FR_OK) { f_mount(NULL, "0:", 1); // 先取消挂载 f_mount(&fs, "0:", 1); // 重新挂载 } }

这段代码处理了一个常见场景：全新的SD NAND没有文件系统，fmount会返回FRNOFILESYSTEM。这时候需要先调用fmkfs()创建FAT文件系统，格式化完成后取消挂载再重新挂载，文件系统才能正常使用。

文件写入部分用fopen打开（或创建）文件，flseek把指针移到文件末尾确保追加写入而不覆盖已有数据，fwrite写入数据，fclose关闭文件，最后f_mount(NULL)取消挂载。整个流程跟在PC上操作文件没有本质区别——这就是SD NAND内建控制器和FatFs文件系统配合的好处，工程师不需要关心底层Flash的页编程和块擦除，只需要调文件API。

串口调试信息

代码中大量使用printf打印每一步的状态：初始化成功/失败、挂载结果、容量信息、格式化结果、文件打开/写入结果。这些串口输出在调试阶段非常关键——SD NAND的SPI驱动涉及多个协议层（SPI物理层→SD协议层→FatFs文件系统层），任何一层出问题都会导致操作失败，有了串口打印就能快速定位卡在哪一步。

程序下载后，串口助手能看到完整的初始化流程和容量信息，SD NAND内会生成一个写入测试数据的TXT文件，说明SPI模式驱动正常。

几个实操注意点

接线方面，SPI模式的四根线（CLK、MOSI、MISO、CS）对应STM32的SPI1外设引脚，MOSI接SD NAND的CMD（数据输入），MISO接DAT0（数据输出），CS接DAT3，CLK接CLK。如果用的是转接板，转接板已经帮你接好了，直接插TF卡槽就行。

FatFs配置方面，需要在ffconf.h中开启FFFSREADONLY = 0（允许写入）、FFUSEMKFS = 1（允许格式化）、FFCODEPAGE设置为支持中文的编码页（如果文件名含中文）。diskio.c中需要实现SPI模式下的SD卡读写底层函数（diskread、diskwrite、diskioctl等），这些函数对接STM32的HALSPI_TransmitReceive。

MKDV4GIL-AS在SPI模式下实测写入速度约10MB/s左右，读取速度约21MB/s，对于日志记录、参数存储这类嵌入式应用足够用了。如果对速度有更高要求，可以切到SDIO四线模式，带宽能翻几倍。