1.はじめに

この記事はSTM32マイコンのSDMMC機能(SPIモードでは無い)を使用して、FileXミドルウェア(FatFSでは無い）でμSDカードにファイル書込みした時のスループットを計測しましたので紹介いたします。
開発ボードに搭載されているマイコンは　STM32H563ZIT6　でこのシリーズはSTM32CubeIDEから選択できるFatシステムがFatfsからFileXに変更されています。

2. 参考リンク

以下の記事を参考に開発しております。この場を借りてお礼申し上げます。

3.開発環境

開発環境は以下の通り。

No	品名	型式	web
1	マイコンボード	NUCLEO-H563ZI	https://www.st.com/ja/evaluation-tools/nucleo-h563zi.html
2	μSDカードスロット	AE-MICRO-SD-DIP	https://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-05488/
3	μSDカード	各種
4	開発環境	STM32CubeIDE　version:1.13.0

マイコンボードとμSDカードスロットの接続は以下の通り

4.STM32CubeIDEでの設定

STM32CubeIDEでの設定は以下の設定をすれば、恐らく上手くコードが生成されると思います。

Clock設定

メインクロックは240MHz

SDMMCクロックは48MHz

SDMMC1設定

4bitバス
clock divide = 2

GPIO割り当て

FILEX設定

FileX Core = チェック入れる

FX_ENABLE_EXFAT = Enabled

5.ユーザコード

/* USER CODE BEGIN PV */
#define FX_SD_VOLUME_NAME "STM32_SDIO_DISK"
FX_MEDIA        sdio_disk;
FX_FILE         fx_file;
ALIGN_32BYTES (uint32_t fx_sd_media_memory[FX_STM32_SD_DEFAULT_SECTOR_SIZE / sizeof(uint32_t)]);

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */
 long cnt;
  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_SDMMC1_SD_Init();
  MX_FileX_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

  UINT sd_status = FX_SUCCESS;

  int i;
  char c=21;

  char data[] = "This is FileX working on STM32";
  char data1[300];
  char data2[2048];
  
  for (i = 0;i<300;i++)
  {
	  data1[i] = c++;
	  if (c>=127){c=21;}
  }

  for (i = 0;i<2048;i++)
  {
	  data2[i] = c++;
	  if (c>=127){c=21;}
  }
  
  /********************************************/
  /* メディアオープン */
  /********************************************/
  	  sd_status =  fx_media_open(&sdio_disk,
		  FX_SD_VOLUME_NAME,
		  fx_stm32_sd_driver,
		  (VOID *)FX_NULL,
		  (VOID *) fx_sd_media_memory,
		  sizeof(fx_sd_media_memory));

  	  /* Check the media open sd_status */
  	  if (sd_status != FX_SUCCESS)
  	  {
		  Error_Handler();
  	  }

  /********************************************/
  /* メディアオープン */
  /********************************************/
	  sd_status =  fx_file_create(&sdio_disk, "STM32.TXT");

	  /* Check the create status.  */
	  if (sd_status != FX_SUCCESS)
	  {
	     /* Check for an already created status. This is expected on the
	     second pass of this loop!  */
	     if (sd_status != FX_ALREADY_CREATED)
	     {
		 /* Create error, call error handler.  */
	    	 Error_Handler();
	     }
	     else
	     {
	    	 fx_file_delete(&sdio_disk, "STM32.TXT");
	     }
	  }

  /********************************************/
  /* ファイルオープン */
  /********************************************/
	  if (fx_file_open(&sdio_disk, &fx_file, "STM32.TXT", FX_OPEN_FOR_WRITE) != FX_SUCCESS)
	  {
	     Error_Handler();
	  }

  /********************************************/
  /* ファイル書込み */
  /********************************************/
	  HAL_GPIO_WritePin(GPIOG,GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_SET);
	  HAL_GPIO_WritePin(LED1_GREEN_GPIO_Port, LED1_GREEN_Pin, GPIO_PIN_SET);
	    
	  cnt = 100000;
	  while(cnt--)
	  {
		if (fx_file_write(&fx_file, data, sizeof(data)) != FX_SUCCESS)
		{
			Error_Handler();
		}
	  }
	  HAL_GPIO_WritePin(LED1_GREEN_GPIO_Port, LED1_GREEN_Pin, GPIO_PIN_RESET);
	  HAL_GPIO_WritePin(GPIOG,GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_RESET);

  /********************************************/
  /* ファイルクローズ */
  /********************************************/
	  if (fx_file_close(&fx_file) != FX_SUCCESS)
	  {
	     Error_Handler();
	  }

  /********************************************/
  /* メディアフラッシュ*/
  /********************************************/
	  if (fx_media_flush(&sdio_disk) != FX_SUCCESS)
	  {
	    Error_Handler();
	  }

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

6.結果

①クロックスピード調査

SDMMC1モジュールに与えるクロックは48MHzとし、プリスケーラ(ClockDiv)を変化させた時の書き込み可否を調べました。

※なおこの調査はマイコンボードとSDカードをジャンパワイヤ（線長約20cm）で接続しておりますので、高速通信を行うのには元々不適な環境で行っております。本来の性能を発揮させるので有ればインピーダンスマッチングされた基板設計を行うべきでありますが、このような悪環境での参考値として捉えて下さい。

× = 書き込み不可 , △ = 不安定 , 〇 = 安定して書込み可

No.	メーカ（型式)	容量	スピードクラス	ClockDiv = 0	ClockDiv = 1	ClockDiv = 2
1	KIOXIA EXCERIA	32GB	Class10	×	△	〇
2	TOSHIBA M203	64GB	Class10	×	×	〇
3	TOSHIBA M203	16GB	Class10	×	×	〇
4	TOSHIBA M303	64GB	Class10	×	△	〇

②3MByte書込み [30Byte × 100000回]

No.	メーカ（型式)	容量	スピードクラス	書込み時間(秒)	書込み速度(Byte/sec)	ClockDiv
1	KIOXIA EXCERIA	32GB	Class10	5.69/6.31/6.32	491k	2
2	TOSHIBA M203	64GB	Class10	14.87/14.95/14.96	201k	2
3	TOSHIBA　M203	16GB	Class10	6.03/6.15/6.51	481k	2
4	TOSHIBA M303	64GB	Class10	13.33/13.8/14.21	217k	2

③3MByte書込み [300Byte × 10000回]

No.	メーカ	容量	スピードクラス	書込み時間(秒)	書込み平均(Byte/sec)	ClockDiv
1	KIOXIA EXCERIA	32GB	Class10	6.17/6.19/6.04	489k	2
2	TOSHIBA M203	64GB	Class10	13.96/15.1/15.09	203k	2
3	TOSHIBA M203	16GB	Class10	6.01/5.99/5.99	500k	2
4	TOSHIBA M303	64GB	Class10	15.51/11.49/11.79/11.74	237k	2

④5.12MByte書込み [512Byte × 10000回]

No.	メーカ	容量	スピードクラス	書込み時間(秒)	書込み平均(Byte/sec)	ClockDiv
1	KIOXIA EXCERIA	32GB	Class10	7.24/6.86/6.86	733k	2
2	TOSHIBA M203	64GB	Class10	15.28/15.3/16.9	313k	2
3	TOSHIBA M203	16GB	Class10	6.86/6.86/6.85	746k	2
4	TOSHIBA M303	64GB	Class10	14.2/14.19/14.05	362k	2

⑤5.12MByte書込み [2048Byte × 2500回]

No.	メーカ	容量	スピードクラス	書込み時間(秒)	書込み平均(Byte/sec)	ClockDiv
1	KIOXIA EXCERIA	32GB	Class10	2.25/2.26/2.25	2276k	2
2	TOSHIBA M203	64GB	Class10	6.25/4.36/4.36	1026k	2
3	TOSHIBA M203	16GB	Class10	2.61/2.24/2.26	2160k	2
4	TOSHIBA M303	64GB	Class10	4.68/4.68/6.3	980k	2

6.まとめ

・基板化しないと本来の性能が発揮できない
・32GBまではSDHC、32GBを超えるとSDXC規格になるためアクセス速度が倍程度違う
・セクタ単位(512Byte)未満の場合、バッファに貯めこんで一気に書込む方法と、都度書込む方法の差異は無い
・シングルセクタライト(512Byte)よりマルチセクタライト(2048Byte)の方が高速

STM32マイコンのSDMMC機能でFileXミドルウェアを用いμSDカードにファイル書込みした時のスループットを計測してみました