高速并行I2S数据连续写入SD卡的裸机控制器选型咨询

过去半年我在个人业余项目中始终未找到可行解决方案，思路几近枯竭。我计划对以远距离信号接收能力著称的Sony XDR-F1HD HD Radio进行改装：该设备HD Radio功能的主模块会通过一对传输数字采样的I2S线路输出数字化RF基带信号，我希望搭线采集这些原始采样数据并写入SD卡。

待采集接口包含I2S字选择（word select）线、位时钟（bit clock）线，以及一对I2S数据线，每条数据线独立传输一路PCM采样，相关参数如下：

• 位时钟频率为10.4 MHz，字选择线频率为325 kHz
• 每条I2S数据线承载单通道数据，对应采样率为650,000采样/秒、采样精度16bit/采样，双通道合计有效数据率为20.8 Mbps（2.6 MB/s）

需注意位时钟与字选择时钟均由射频模块生成，采集端必须工作在rx slave接收从模式，不得自行生成时钟，我修改后的接口时序说明图已公开发布在技术交流社区。
我的目标是将该并行I2S流连续写入SD卡文件系统，生成可在电脑端读取的双通道、16bit/采样、650 ksps音频文件。目前主流合格SD卡通过SDIO接口可轻松承载2.6MB/s的写入速率，但SPI模式下速率通常无法满足要求。
我需要一款可实现该功能的微处理器或专用芯片（下文简称控制器），理想状态下可通过I2C等接口向控制器发送“开始录制到指定路径”“停止录制”指令；控制器需至少支持FAT32文件系统，优先支持可存储大于2GB文件的Windows兼容文件系统（如ExFAT、NTFS），采用分段文件存储的方案也可接受。已知SD卡写入过程中最长可能出现250ms的卡顿，因此控制器需具备足够RAM，可缓存250ms的待写入数据（约0.65MB），避免等待写入过程中丢失采样。

• ESP32方案：虽数据手册标称支持最高80MHz位时钟，但经确认该指标仅适用于ESP32生成时钟的主机模式，不适用于本项目需要锁定外部时钟的从模式，从模式下会出现丢位、读取数据乱码的问题；且ESP32不支持本项目所用的特殊“并行”I2S接口，尽管其SD卡接口速率可满足写入要求，仍无法使用，相关问题说明可参考电子技术交流社区的公开讨论。
• Raspberry Pi Pico方案：通过编写定制PIO（可编程IO）汇编代码可轻松实现信号采集，但SD卡写入速率不足，仅能采集RAM容量范围内的数据，无法满足连续录制要求；不过我已在该平台上通过fftw3完成FFT运算（运行效果超出预期），验证了I2S线路上传输的数据确实是目标信号，相关验证结果图已公开发布。
• 全尺寸Raspberry Pi方案：虽具备足够RAM与SDIO速率，但GPIO速率无法满足采集要求，且该方案需运行操作系统，不符合我尽量采用裸机开发、避免依赖OS的需求，并不适配本项目。

我需要一款满足以下要求的微控制器或芯片：

• 可工作在I2S从模式，基于外部输入的位时钟、字选择时钟，连续采集速率为20.8Mbps（2.6MB/s）的并行I2S接口16bit PCM采样，并写入SD卡
• 可通过文件系统将数据写入SD卡文件，至少支持FAT32，优先支持可存储大于2GB文件的ExFAT/NTFS，采用分段文件存储的方案也可接受
• 具备足够RAM缓存数据，可应对SD卡最长250ms的写入卡顿，避免采样丢失
• 成本亲民，适用于个人业余项目，不接受单价500美元以上的开发板
• 方案轻量，无需启动操作系统，支持裸机开发

我具备软件开发经验可自行编写上层业务代码，仅需找到适配的硬件平台；我无FPGA硬件描述语言开发经验，无法采用FPGA方案。我非常认可Raspberry Pi Pico的“可编程IO”特性，期望找到类似具备可编程IO、更大RAM、原生SDIO接口的控制器方案。我已为该问题耗费数月时间尝试多种方案，始终未能解决，恳请提供相关建议。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者RomanPort