STM32 搭配 嵌入式SD卡在智能皮电手环中的应用全景评测

在智能皮电手环及数据存储技术不断迭代的当下，主控 MCU STM32H750 与存储 SD NAND MKDV4GIL-AST 的强强联合，正引领行业进入全新发展阶段。二者凭借低功耗、高速读写与卓越稳定性的深度融合，以及高容量低成本的突出优势，成为大规模生产场景下极具竞争力的数据存储解决方案。
在对能耗极为敏感的智能穿戴设备、便携式电子产品领域，能源续航直接决定用户体验与设备竞争力。STM32H750 与 米客方德 SD NAND MKDV4GIL-AST 构建的低功耗架构，通过智能电源管理与高效数据处理机制，将系统能耗降低 30% 以上。以智能皮电手环为例，该组合可使设备续航时间延长至 14 天，减少频繁充电带来的使用困扰，不仅显著提升用户体验，更使设备整体能耗成本降低 25%，实现节能与经济性的双重突破。

在数据处理效率方面，这套黄金搭档展现出强大实力。MKDV4GIL-AST 在 STM32H750 的驱动下，顺序读取速度可达 30MB/s，顺序写入速度达 20MB/s，能够快速捕捉传感器产生的海量数据，面对每秒数千次的传感器数据采集，二者协同可实现数据零延迟存储，在智能终端数据处理场景下，更能大幅提升系统响应速度，有力保障系统稳定流畅运行。

Test Tool & Environment	1. H2 test
	2. Card Reader : Transcend TS - RDP5K (GL834)
	3. Win7 OS
	4. Agilent U1252B
SD NAND:MKDV4GIL-AST	Standby Current (uA)	Operating Current (mA)	Throughput (MB/s)
Item		Read	Write	Read	Write
#1	131	33.1	41.5	22.3	10.2
#2	125	28.2	38.6	18.1	10
#3	128	31.4	40.1	21.8	10.1

STM32H750 基于 ARM® Cortex®-M7 内核的高性能超值系列 MCU

卓越性能

在 400 MHz 主频下，从 Flash 执行程序时，STM32H750 超值系列可实现 2020 CoreMark/856 DMIPS 的出色性能。其 L1 缓存（16 KB 指令缓存 + 16 KB 数据缓存）保障零等待执行，即便使用外部存储器也无损性能。此外，DSP 指令集与双精度 FPU 进一步拓展了应用范畴。

强化安全

该系列集成加密 / 哈希处理器，对 AES - 128、AES - 192、AES - 256 加密进行硬件加速，同时支持 GCM、CCM、三重 DES 及 MD5、SHA - 1、SHA - 2 等哈希算法。在现场初始编程或固件升级时，提供身份验证安全服务，有力保护软件 IP。

高效能效

多电源域架构可将不同电源域设为低功耗模式，实现能效优化。主稳压器具备电压调节功能，在运行和停止模式下为内核提供不同电压范围。器件还内置 USB 稳压器和备份稳压器，为片内 PHY 供电。支持最高 125°C 结温，即便环境温度升高，也能保障内核与外设性能正常发挥。运行模式（外设关闭），VDD = 3.3 V、25 °C 时，典型功耗 263 μ/MHz；待机模式（低功耗模式）下，典型功耗仅 4 μA 。

图形处理优势

新型 LCD - TFT 控制器借助 Chrom ART Accelerator™ 技术，支持双层图形处理。该图形加速器使图形内容创建速度提升至仅靠内核运行时的两倍，不仅能高效实现 2-D 原始数据复制，还支持图像格式转换、图像混合（透明度混合）等功能，大幅提升图形处理速度，释放更多 MCU 内核带宽供其他应用。此外，还嵌入 1 个 JPEG 硬件加速器，可快速进行 JPEG 编解码，减轻 CPU 负担。

丰富集成特性

音频方面配备 2 个专用音频 PLL、3 个全双工 I2S 接口、1 个支持时分多路复用（TDM）模式的新串行音频接口（SAI）以及 1 个 DFSDM（用于 Sigma - Delta 调制器或 MEMS 麦克风的数字滤波器） 。
通信接口多达 35 个，包括 4 个 UART、4 个 12.5 Mb/s 的 USART 接口、1 个低功耗 UART、6 个 100 Mb/s 的 SPI 接口、4 个带新型可选数字滤波功能的 1 MHz I²C 接口、2 个 FD - CAN、2 个 SDIO、带片上 PHY 的 USB 2.0 全速设备 / 主机 / OTG 控制器、1 个 USB2.0 高速 / 全速设备 / 主机 / OTG 控制器（含片上全速 PHY 和 ULPI）、以太网 MAC、SPDIF - IN、HDMI - CEC、摄像头接口、单线协议接口和 MDIO 从接口 。

模拟模块

拥有 2 个 12 位 DAC、3 个最高 16 位分辨率（3.6 Msample/s）的快速 ADC，以及 22 个 16 位和 32 位定时器（16 位高分辨率定时器运行频率高达 400 MHz）。灵活存储控制器带 32 位并行接口，支持 Compact Flash、SRAM、PSRAM、NOR、NAND 和 SDRAM 等存储器扩展，也可通过双模 Quad - SPI 从外部串行 Flash 执行代码。还具备模拟随机数发生器。
STM32H750 超值系列提供 128 KB Flash 和 1 MB 分散架构 SRAM，包括 192 KB TCM RAM（64 KB ITCM RAM 和 128 KB DTCM RAM，用于关键程序和数据）、512 KB、288 KB、64 KB 用户 SRAM 以及 4 KB 备份域 SRAM 。封装形式采用 BGA 和 LQFP 规范，有 LQFP100、UFBGA176 和 TFBGA240 引脚类型。

存储 SD NAND（贴片式 T 卡）： MKDV4GIL-AST SMART 功能

实时监控

SD NAND SMART 功能能够在设备使用过程中不间断地监控其性能与健康状况。它可实时反馈编程和擦除周期、备用块状态、预计剩余使用寿命等关键信息。借助这种实时监测机制，用户能尽早察觉潜在问题或设备磨损迹象，进而提前采取应对措施，有效降低因设备故障导致的数据丢失风险。
统计分析辅助决策
SMART 功能所提供的数据是用户进行合理规划的重要依据。以医疗、工业等领域为例，用户通过掌握 SD NAND/SD 卡的剩余使用寿命、编程和擦除周期、备用块状态等数据，可合理安排设备维修或开展预防性维护工作，保障相关设备始终处于最佳运行状态，维持系统的稳定性。

保障数据完整性

该功能可大幅降低设备意外故障发生的概率，确保数据收集工作稳定、连续地进行。用户通过 SMART 功能提前发现潜在风险，能及时采取行动保护重要数据，避免因 SD NAND/SD 卡故障而造成数据丢失，守护数据的完整性。

提升安全性与可靠性

在数据安全至关重要的场景下，SD SMART 功能为用户增添了一层安全保障。用户持续了解 SD NAND/SD 卡的健康状况，可减少因设备故障或数据损坏引发的数据泄露风险。这对于处理高度敏感数据的行业意义重大，有助于维护行业信誉与用户信任，从数据安全层面显著提升了 SD NAND/SD 卡的安全性和可靠性，切实保护用户隐私与数据安全。

SD NAND SMART 数据读取方法及说明（MK MKDV4GIL-AST 为例）HOST 下指令为 CMD56，参数为 0x00000001，发送该指令后，可获取 1 扇区数据。

SD NAND 的两种总线模式：SDIO 与 SPI 的差异与应用
在嵌入式存储领域，SD NAND 存储设备凭借灵活的通信模式备受青睐，其支持的 SDIO 模式与 SPI 模式在驱动方式、传输特性及应用场景上各有千秋。

从驱动模式来看，SPI 模式采用简洁的 4 线制通信架构，包括片选信号（CS）、数据输入线（DI）、时钟线（CLK）和数据输出线（DO）。在主从架构下，SPI 模式实现全双工数据交互，主控设备能通过 CS 信号精准控制每个 SD NAND 设备，简单直接的通信方式使其易于集成。SDIO 模式则基于 6 线制架构，涵盖时钟线（CLK）、命令线（CMD）和 4 条数据线（DAT0~DAT3） 。相比 SPI，SDIO 模式拥有更丰富的命令集，支持高效的多设备管理机制，在 4 位数据传输时，理论带宽优势明显。

传输模式上，SPI 模式以串行数据传输为核心，支持独立的序列输入和输出，特别适合接口资源紧张的单片机系统。虽然其传输速率不及 SD 模式，但凭借协议简单、兼容性强的特点，成为嵌入式设备常用选择。1 位 SD 模式采用指令与数据通道分离设计，通过 CMD 线传输指令，DAT0 线进行数据传输，独特的传输协议格式确保了数据传输的高可靠性，适用于对稳定性要求严苛的应用场景。4 位 SD 模式在 1 位 SD 模式基础上，扩展 DAT1~DAT3 数据线，实现 4 位并行传输，通过引脚功能重配大幅提升数据传输带宽，能满足对读写速度要求极高的存储应用，但需要主控芯片具备相应 SDIO 接口支持。

在实际应用中，SD NAND 设备可通过特定初始化流程自由选择工作模式。尽管 4 位 SDIO 模式理论传输速率出色，但考虑到 SPI 模式引脚占用少、协议简洁的特性，目前在单片机系统的 SD NAND 读写操作中，SPI 模式依然占据主流地位 。开发者可根据具体应用场景的需求，如对传输速率、接口资源、可靠性的不同侧重，灵活选择 SD NAND 的工作模式，充分发挥其性能优势。

皮肤电测量的原理与操作要点如下：

测量原理

测量过程并不复杂。首先，将两个电极安置在人体对情绪变化较为敏感的部位。由于人体汗腺分布广泛，像手指、手掌、脚掌等区域，汗腺活动相对更为活跃，常作为电极放置的优选位置。不过，具体放置位置还需综合考量电极材料以及实际测量任务来确定 。

安置好电极后，向其施加一个低恒定电压。此时，通过测量两个电极之间的电压差，就能获取相关的皮肤电数据。这是因为当人体处于不同情绪状态时，汗腺分泌活动会发生改变，进而影响皮肤表面的电阻或电导特性，而电压差的变化恰恰能反映这种特性改变。

采样率相关

在采样率方面，皮肤电的采样率最高可达 2000Hz 。但在一般情况下，1 - 10Hz 的采样率足以满足需求。然而，若要与其他生理信息（如心率）同步采集时，为确保数据的准确性和匹配度，则可能需要采用更高的采样率。

• 皮肤电特性：皮肤的汗腺活动会影响皮肤表面的电阻和电导特性。当人体处于不同的生理和心理状态时，汗腺分泌活动会发生变化，进而导致皮肤电阻或电导产生相应改变。一般来说，当人处于紧张、兴奋、焦虑等情绪状态或受到外界刺激时，交感神经兴奋，汗腺分泌增加，皮肤表面的水分和电解质增多，使得皮肤电导升高，电阻降低。
• 传感器工作原理：智能皮电手环通常采用一对电极来测量皮肤电反应。这对电极与皮肤接触，形成一个闭合电路。当有微小电流通过皮肤时，电极可以测量出皮肤两端的电压变化，进而根据欧姆定律（(I = V/R)，其中 I 是电流， V 是电压， R 是电阻）计算出皮肤的电阻或电导值。为了确保测量的准确性和稳定性，电极通常采用特殊的材料，如银 / 氯化银电极，以减少电极极化和噪声干扰。
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• 信号处理与转换：传感器测量到的皮肤电信号通常是非常微弱的，且夹杂着各种噪声和干扰。因此，需要通过一系列的信号处理电路对原始信号进行放大、滤波、模数转换等处理。放大电路将微弱的电信号放大到可测量的范围；滤波电路则用于去除噪声和干扰，提高信号的质量；模数转换电路将模拟信号转换为数字信号，以便微控制器进行处理和分析。
• 数据处理与分析：经过处理的数字信号被传输到智能皮电手环的微控制器或芯片中，微控制器根据预设的算法对数据进行分析和处理。这些算法可以根据皮肤电信号的变化特征，如幅值、频率、变化率等，来推断人体的生理和心理状态。例如，通过分析皮肤电信号的波动情况，可以判断用户是否处于应激状态、情绪是否发生变化等。一些智能皮电手环还可能结合其他传感器的数据，如心率、加速度等，进行更全面的生理状态监测和分析。

通过上述原理，智能皮电手环能够实时监测人体的皮肤电反应，为用户提供有关自身生理和心理状态的信息，可应用于医疗健康、运动监测、心理研究等多个领域。