SD カード

SPI接続

サンプルスケッチがArduino IDEのスケッチの例ー＞SDー＞SD_Testに有ります。各CPUには各信号にデフォルトが有ります。

SPI Pin Name	ESP8266	ESP32	ESP32‑S2	ESP32‑S3	ESP32‑C3	ESP32‑C6	ESP32‑H2
CS (SS)	GPIO15	GPIO5	GPIO34	GPIO10	GPIO7	GPIO18	GPIO0
DI (MOSI)	GPIO13	GPIO23	GPIO35	GPIO11	GPIO6	GPIO19	GPIO25
DO (MISO)	GPIO12	GPIO19	GPIO37	GPIO13	GPIO5	GPIO20	GPIO11
SCK (SCLK)	GPIO14	GPIO18	GPIO36	GPIO12	GPIO4	GPIO21	GPIO10

デフォルト通りに配線し下記のスケッチを実行すればSDカードへの読み書きが出来ます。

sd.ino

#include "FS.h"
#include "SD.h"
#include "SPI.h"

void setup() {
  File file;
  String str;
  
    Serial.begin(115200);
    delay(1000);

    if (!SD.begin()) {
      Serial.println("Card Mount Failed");
      return;
    }

    file = SD.open("/test.txt",FILE_WRITE);
    file.println("test 123");
    file.clos();
  
    file = SD.open("/test.txt",FILE_READ);
    str = file.readStringUntil('\n');
    Serial.println(str);
}

void loop() {}

これを実行すればSDカードに”test.txt”といるファイル（内部は””test 123″）が出来、シリアルモニタに”test 123″と表示されます。

SPI用の信号ピンは任意に指定出来ます（デフォルト以外でもSPIを使える）。ピンの指定は　SPI.begin()に引数を渡して行います。前回のスケッチの　if (!SD.begin()) {　をコメントアウトして以下の様に行います。

     Serial.begin(115200);
    delay(1000);

    SPI.begin(sck, miso, mosi, cs);
    
//    if (!SD.begin()) {
    if (!SD.begin(cs)) {
      Serial.println("Card Mount Failed");
      return;
    }

• SPI.begin(sck, miso, mosi, cs);
  • この関数でSPIで使用するピンを指定出来る。
  • 各引数はSPIの信号線
• SD.begin(cs);
  • CSピン（チップセレクト）をこの関数で設定出来る

SD_MMC接続

ESP32とESP32S3はSD_MMC接続を使ってSDカードとアクセス出来ます。信号線が４と１本の２方式が有り、信号線１本の方式でもSPIの２倍の速度で通信出来る様です。

下記はSPI信号とSD_MMC信号の対応表です。市販のSPI接続のSDカードソケットには通常接続端子にCS,DI,DO,CLK,Vs,GNDの６信号が出ています。MMC(1-Line)の接続はこれらの信号線で配線可能ですが、４−Line方式は端子に出ている信号では足らず新たに線を２本引き出す必要が有ります。新たに引き出すのは大変なので１−Line方式がお薦めです。

SD -SPI	MMC (1-Line)	MMC(4-Line)
CS	RES	D3
DI(MISO)	CMD	CMD
DO(MOSI)	D0	D0
CLK	CLK	CLK
Vs	Vs	Vs
GND	GND	GND
		D1
		D2

各信号ですが、ESP32は固定（下記参照）。ESP32S3は任意に指定出来ます。

MMC(1-Line)	ESP32(GPIO)
CMD	１５
CLK	１４
D0	２

ESP32のGPIO2,15はコード書き込み、実行時に注意が必要は端子です。GPIOポート一覧(ESP32) 特にGPIO２はコード書き込み時はLowにする必要が有りますが、SD_MMCではこれをHighにしないといけません。SD_MMC libraryでは書き込み前後でスイッチ等でHigh/Lowを切り替える事を推奨しています。

また、各信号線は１０KΩ位でPullupする必要が有ります。以下は１−Line方式の各CPUでの接続例

SD_MMCのサンプルプログラムは　スケッチ例ー＞SD_MMCー＞SDMMC_Testに有ります。これを各CPUに合わせて書き換えてみます。

ESP32の場合

信号線が固定なので、指定通り配線して下記のスケッチを実行すればSPIと同じ動作をします。

SPIの時との違いは

• １２行：　GPIO2をHighに設定。
• SD.begin()がSD_MMC.begin(“/sdcard”, true)に変更
  • 最初の引数”/sdcard”はmountpointを示している様です。良くわからないのですが、何か文字列を指定すればOK
  • 次の引数は、１または４−Line方式の選択。trueで1-Line、falseで4-Line方式となります。
• その他、SD.xxの箇所をSD_MMC.xxに変更

上記の配線（ESP32の回路）で試したのですが、GPIO2をスイッチで切り替えなくても動作しました。

sd_mmc.ino

#include "FS.h"
#include "SD_MMC.h"
#define mmc_D0  2

void setup() {
  File file;
  String str;
  
    Serial.begin(115200);
    delay(1000);

    pinMode(mmc_D0, INPUT_PULLUP);
    if (!SD_MMC.begin("/sdcard", true)) {
      Serial.println("Card Mount Failed");
      return;
    }

    file = SD_MMC.open("/test.txt",FILE_WRITE);
    file.println("test 123");
    file.clos();
  
    file = SD_MMC.open("/test.txt",FILE_READ);
    str = file.readStringUntil('\n');
    Serial.println(str);
}

void loop() {}

ESP32S3の場合

こちらは信号線を指定する必要が有ります。回路は上記のサンプルの回路を使用しています。関数　SD_MMC.setPins(mmc_CLK, mmc_CMD, mmc_D0);で信号線を指定している以外はESP32と同じです。

sd_mmc_s3.ino

#include "FS.h"
#include "SD_MMC.h"
#define mmc_D0   16
#define mmc_CLK  17
#define mmc_CMD  18

void setup() {
  File file;
  String str;
  
    Serial.begin(115200);
    delay(1000);

    pinMode(mmc_D0, INPUT_PULLUP);
    SD_MMC.setPins(mmc_CLK, mmc_CMD, mmc_D0);
    if (!SD_MMC.begin("/sdcard", true)) {
      Serial.println("Card Mount Failed");
      return;
    }

    file = SD_MMC.open("/test.txt",FILE_WRITE);
    file.println("test 123");
    file.clos();
  
    file = SD_MMC.open("/test.txt",FILE_READ);
    str = file.readStringUntil('\n');
    Serial.println(str);
}

void loop() {}

＜ESP32, ESP32S3 ともに、pinMode(mmc_D0, INPUT_PULLUP);　が無くても動作する様でしたが念の為に入れています＞

使用した感想

• １−Line方式でも確かにSPIより速い
  • 速度が２倍かどうかははっきりと言えませんが速いことは確かです。
  • 使用する信号が１本少なく転送が速いのでこの方式を使うメリットは有ります。
• 信号線が長いとノイズが乗リ易い
  • SPIでもそうでしたが、信号線が長いとノイズが乗り易い様です。
  • SPIと同等（２０CM目安）かそれより短くする方が良いと思います。