一、前言
前面专栏已经完成：软件IIC、软件SPI、AT24C02、W25Q64、片内Flash、SHT45、RS485-Modbus全套驱动。
但在实际项目中，出现明显存储瓶颈：

• AT24C02：仅256字节，只能存参数，存不了日志；
• W25Q64：需要自己做分区、环形缓存、日志解析，无文件系统，极难维护；
• 片内Flash：寿命低、容量极小，不能频繁写日志。
  最优解决方案：SPI模式SD卡 + FatFs文件系统
  优势：

1. 容量极大（GB级），适合长时间日志采集。
2. 自带文件系统，直接读写 .txt/.csv，电脑直接打开查看。
3. 使用软件SPI，不占用硬件外设、无引脚冲突。
4. 支持断电续写、时间戳日志、批量存储。

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二、SD卡 SPI 模式底层深度解析（必懂原理）
2.1 SD卡两种工作模式区别

• SDIO模式：高速4线传输，速度快，但引脚固定、占用资源多、容易干扰系统
• SPI模式：低速单线、协议简单、兼容性极强、任意GPIO可模拟，工控首选
  本项目采用 软件SPI模拟SD卡通信，彻底解决硬件资源冲突。

2.2 SD卡读写核心机制

1. SD卡最小读写单位：扇区（512字节）。
2. 无论写1字节还是100字节，底层必须一次写满512字节。
3. FatFs文件系统负责：扇区映射、文件寻址、空闲块管理、断点续写。

2.3 为什么日志存储必须用文件系统？
裸Flash存储：地址手动管理、容易覆盖、无法续写、无法分类、电脑无法识别。
SD+FatFs：直接创建文件、追加数据、自动管理扇区、断电保存、电脑直接读取日志，是工控日志唯一正规方案。

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三、项目硬件架构
主控：STM32F103C8T6 标准库。
通信方式：复用专栏通用 软件SPI。
引脚：SCK/MOSI/MISO 任意GPIO、SD_CS 独立片选。
业务流程：
SHT45温湿度采集 → 数据格式化 → SD卡TXT日志追加保存 → 485上传上位机。

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四、极简 FatFs 工程架构
网上大部分FatFs工程极其臃肿、配置复杂、自带大量无用代码。
本文极致精简，仅保留日志存储必要功能：

• 只开启 FA_READ / FA_WRITE / FA_OPEN_ALWAYS 基础功能。
• 关闭长文件名、多级缓存、分区管理、冗余功能。
• 软件SPI底层对接，完全适配自研SPI驱动。

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五、核心精简代码
5.1 sd_log.h
#ifndef __SD_LOG_H
#define __SD_LOG_H
#include “stm32f10x.h”
#include “ff.h”
#include “diskio.h”

//日志文件名称
#define LOG_FILE_NAME “data_log.txt”

//初始化SD卡+文件系统
uint8_t SD_Log_Init(void);
//追加一行日志
uint8_t SD_Log_AddLine(char *str);

#endif
5.2 sd_log.c 核心业务层（极简、无冗余）
#include “sd_log.h”

FATFS fs;
FIL file;
FRESULT res;

/**

• @brief SD卡与文件系统初始化
  */
  uint8_t SD_Log_Init(void)
  {
  //挂载文件系统
  res = f_mount(&fs,“”,1);
  if(res != FR_OK) return 1;

  //打开文件，不存在则创建，存在直接续写
  res = f_open(&file,LOG_FILE_NAME,FA_OPEN_ALWAYS|FA_READ|FA_WRITE);
  if(res != FR_OK) return 2;

  //移动文件指针到末尾，准备续写日志
  f_lseek(&file,f_size(&file));
  f_close(&file);

  return 0;
  }

/**

• @brief 追加一行日志数据

• @param str 字符串日志
  */
  uint8_t SD_Log_AddLine(char *str)
  {
  UINT bw;
  res = f_open(&file,LOG_FILE_NAME,FA_OPEN_ALWAYS|FA_WRITE);
  if(res != FR_OK) return 1;

  //指针移到末尾
  f_lseek(&file,f_size(&file));

  //写入字符串+换行
  f_printf(&file,“%s\r\n”,str,&bw);

  f_close(&file);
  return 0;
  }
  5.3 diskio.c 底层对接软件SPI（关键适配）
  完全替换硬件SPI，使用自研软件SPI驱动，无冲突、稳定适配
  //磁盘读写底层全部适配软件SPI
  #define SD_SPI_RW_BYTE(dat) Soft_SPI_RW_Byte(&hspi1,dat)
  #define SD_CS_L() GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2)
  #define SD_CS_H() GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2)
  5.4 main.c 日志存储实战（温湿度自动保存）
  #include “stm32f10x.h”
  #include “soft_spi.h”
  #include “sd_log.h”
  #include “sht45.h”

char log_buf[64];
float temp,hum;

int main(void)
{
//外设初始化
Soft_SPI_Init(&hspi1);
SD_Log_Init();
SHT45_Reset(&iic_dev1);

while(1)
{
    //读取温湿度
    if(SHT45_ReadData(&iic_dev1,&temp,&hum) == 0)
    {
        //格式化日志字符串
        sprintf(log_buf,"Temp:%.2fC, Hum:%.2f%%",temp,hum);
        //SD卡追加存储日志
        SD_Log_AddLine(log_buf);
    }
    delay_ms(1000);
}

}
六、核心原理深度解析
6.1 FA_OPEN_ALWAYS 续写机制

• 文件不存在 → 自动创建新文件。
• 文件已存在 → 直接打开保留原有数据。
  配合 f_lseek(file, size) 将指针移到末尾，实现断电开机继续续写，永不覆盖历史日志。

6.2 为什么小型日志优先SD卡而不是W25Q64？

1. SD卡自带文件系统，无需手动管理扇区。
2. 日志可直接电脑打开分析，无需上位机解析。
3. 容量巨大，可存储数月甚至数年采集数据。
4. FatFs成熟稳定，无丢包、无错乱。

6.3 软件SPI驱动SD卡优势

• 无硬件SPI寄存器BUG、无卡死
• 引脚任意配置，布线自由
• 可与OLED、Flash共用总线，分时复用无冲突

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七、项目踩坑独家总结（全网稀缺经验）
坑1：每次开机日志从头覆盖
原因：没有 f_lseek 移动指针到文件末尾；本文代码已自动处理。
坑2：SD卡偶尔写入失败
解决：软件SPI微调延时，SD卡对时序容错较低，必须匹配模式0。
坑3：日志乱码
原因：未换行、缓冲区未清空、多次写入叠加；使用 f_printf 自带格式化最稳定。
坑4：和SPI-OLED同时使用花屏/写失败
解决：严格分时片选，同一总线互斥访问。

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八、适用项目场景

• 温湿度、压力、电压长期采集日志。
• 设备运行状态、报警记录存储。
• 需要电脑直接读取数据的小型工控设备。
• 需要长期保存、不能丢数据的采集终端。