Сделал и отладил процедуру записи данных на SD-карту в существующий файл без использования тяжеловесных библиотек FatFs, PetitFatFs и прочих. Поскольку целью было уменьшение занимаемой памяти, есть некоторые ограничения:
1. Файл должен находиться в корневом каталоге.
2. Файл должен создаваться сразу с указанием размера (с запасом).
3. Файл должен быть не фрагментированным.
Если кому нужно будет, прикрепляю исходник.