SD卡

（1） SD卡的引脚定义：     SD卡引脚功能详述： 引脚 编号 SD模式         SPI模式 名称 类型 描述 名称 类型 描述 1 CD/DAT3 IO或PP 卡检测/ 数据线3 #CS I 片选 2 CMD PP 命令/ 回应 DI I 数据输入 3 VSS1 S 电源地 VSS S 电源地 4 VDD S 电源 VDD S 电源 5 CLK I 时钟 SCLK I 时钟 6 VSS2 S 电源地 VSS2 S 电源地 7 DAT0 IO或PP 数据线0 DO O或PP 数据输出 8 DAT1 IO或PP 数据线1 RSV     9 DAT2 IO或PP 数据线2 RSV     注：S：电源供给  I：输入 O：采用推拉驱动的输出 PP：采用推拉驱动的输入输出 SD卡SPI模式下与单片机的连接图：         SD卡支持两种总线方式：SD方式与SPI方式。其中SD方式采用6线制，使用CLK、CMD、DAT0~DAT3进行数据通信。而SPI方式采用4线制，使用CS、CLK、DataIn、DataOut进行数据通信。SD方式时的数据传输速度与SPI方式要快，采用单片机对SD卡进行读写时一般都采用SPI模式。采用不同的初始化方式可以使SD卡工作于SD方式或SPI方式。这里只对其SPI方式进行介绍。 （2） SPI方式驱动SD卡的方法      SD卡的SPI通信接口使其可以通过SPI通道进行数据读写。从应用的角度来看，采用SPI接口的好处在于，很多单片机内部自带SPI控制器，不光给开发上带来方便，同时也见降低了开发成本。然而，它也有不好的地方，如失去了SD卡的性能优势，要解决这一问题，就要用SD方式，因为它提供更大的总线数据带宽。SPI接口的选用是在上电初始时向其写入第一个命令时进行的。以下介绍SD卡的驱动方法，只实现简单的扇区读写。 1） 命令与数据传输 1. 命令传输 SD卡自身有完备的命令系统，以实现各项操作。命令格式如下：         命令的传输过程采用发送应答机制，过程如下：                             每一个命令都有自己命令应答格式。在SPI模式中定义了三种应答格式，如下所示： 字节 位 含义       1 7 开始位，始终为0 6 参数错误 5 地址错误 4 擦除序列错误 3 CRC错误 2 非法命令 1 擦除复位 0 闲置状态 字节 位 含义       1 7 开始位，始终为0 6 参数错误 5 地址错误 4 擦除序列错误 3 CRC错误 2 非法命令 1 擦除复位 0 闲置状态       2 7 溢出，CSD覆盖 6 擦除参数 5 写保护非法 4 卡ECC失败 3 卡控制器错误 2 未知错误 1 写保护擦除跳过，锁／解锁失败 0 锁卡 字节 位 含义       1 7 开始位，始终为0 6 参数错误 5 地址错误 4 擦除序列错误 3 CRC错误 2 非法命令 1 擦除复位 0 闲置状态 2～5 全部 操作条件寄存器，高位在前 写命令的例程：     1. //-----------------------------------------------------------------------------------------------    2.   向SD卡中写入命令，并返回回应的第二个字节    3. //-----------------------------------------------------------------------------------------------    4. unsigned char Write_Command_SD(unsigned char *CMD)    5. {    6.    unsigned char tmp;    7.    unsigned char retry=0;    8.    unsigned char i;    9.    10.    //禁止SD卡片选    11.    SPI_CS=1;    12.    //发送8个时钟信号    13.    Write_Byte_SD(0xFF);    14.    //使能SD卡片选    15.    SPI_CS=0;    16.    17.    //向SD卡发送6字节命令    18.    for (i=0;i<0x06;i++)     19.    {     20.       Write_Byte_SD(*CMD++);    21.    }    22.        23.    //获得16位的回应    24.    Read_Byte_SD(); //read the first byte,ignore it.     25.    do     26.    {  //读取后8位    27.       tmp = Read_Byte_SD();    28.       retry++;    29.    }    30.    while((tmp==0xff)&&(retry<100));     31.    return(tmp);    32. }    2） 初始化 SD卡的初始化是非常重要的，只有进行了正确的初始化，才能进行后面的各项操作。在初始化过程中，SPI的时钟不能太快，否则会造初始化失败。在初始化成功后，应尽量提高SPI的速率。在刚开始要先发送至少74个时钟信号，这是必须的。在很多读者的实验中，很多是因为疏忽了这一点，而使初始化不成功。随后就是写入两个命令CMD0与CMD1，使SD卡进入SPI模式            初始化时序图：                   初始化例程：     1. //--------------------------------------------------------------------------    2.     初始化SD卡到SPI模式    3. //--------------------------------------------------------------------------    4. unsigned char SD_Init()    5. {      6.    unsigned char retry,temp;    7.    unsigned char i;    8.    unsigned char CMD[] = {0x40,0x00,0x00,0x00,0x00,0x95};    9.    SD_Port_Init(); //初始化驱动端口    10.        11.    Init_Flag=1; //将初始化标志置1    12.    13.    for (i=0;i<0x0f;i++)     14.    {    15.       Write_Byte_SD(0xff); //发送至少74个时钟信号    16.    }    17.      18.    //向SD卡发送CMD0    19.    retry=0;    20.    do   21.    { //为了能够成功写入CMD0,在这里写200次    22.      temp=Write_Command_SD(CMD);    23.      retry++;    24.      if(retry==200)     25.      { //超过200次    26.        return(INIT_CMD0_ERROR);//CMD0 Error!    27.      }    28.    }     29.    while(temp!=1);  //回应01h，停止写入    30.        31.    //发送CMD1到SD卡    32.    CMD[0] = 0x41; //CMD1    33.    CMD[5] = 0xFF;    34.    retry=0;    35.    do   36.    { //为了能成功写入CMD1,写100次    37.      temp=Write_Command_SD(CMD);    38.      retry++;    39.      if(retry==100)     40.      { //超过100次    41.        return(INIT_CMD1_ERROR);//CMD1 Error!    42.      }    43.    }     44.    while(temp!=0);//回应00h停止写入    45.        46.    Init_Flag=0; //初始化完毕，初始化标志清零    47.        48.    SPI_CS=1;  //片选无效    49.    return(0); //初始化成功    50. }    51.    52.    3） 读取CID CID寄存器存储了SD卡的标识码。每一个卡都有唯一的标识码。 CID寄存器长度为128位。它的寄存器结构如下：   名称 域 数据宽度 CID划分 生产标识号 MID 8 [127:120] OEM/应用标识 OID 16 [119:104] 产品名称 PNM 40 [103:64] 产品版本 PRV 8 [63:56] 产品序列号 PSN 32 [55:24] 保留 － 4 [23:20] 生产日期 MDT 12 [19:8] CRC7校验合 CRC 7 [7:1] 未使用，始终为1 － 1 它的读取时序如下：             与此时序相对应的程序如下：     1. //------------------------------------------------------------------------------------    2.     读取SD卡的CID寄存器   16字节   成功返回0    3. //-------------------------------------------------------------------------------------    4. unsigned char Read_CID_SD(unsigned char *Buffer)    5. {    6.    //读取CID寄存器的命令    7.    unsigned char CMD[] = {0x4A,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};     8.    unsigned char temp;    9.    temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16); //read 16 bytes    10.    return(temp);    11. }    4）读取CSD CSD（Card-Specific Data）寄存器提供了读写SD卡的一些信息。其中的一些单元可以由用户重新编程。具体的CSD结构如下： 名称 域 数据宽度 单元类型 CSD划分 CSD结构 CSD_STRUCTURE 2 R [127:126] 保留 - 6 R [125:120] 数据读取时间1 TAAC 8 R [119:112] 数据在CLK周期内读取时间2（NSAC*100） NSAC 8 R [111:104] 最大数据传输率 TRAN_SPEED 8 R [103:96] 卡命令集合 CCC 12 R [95:84] 最大读取数据块长 READ_BL_LEN 4 R [83:80] 允许读的部分块 READ_BL_PARTIAL 1 R [79:79] 非线写块 WRITE_BLK_MISALIGN 1 R [78:78] 非线读块 READ_BLK_MISALIGN 1 R [77:77] DSR条件 DSR_IMP 1 R [76:76] 保留 - 2 R [75:74] 设备容量 C_SIZE 12 R [73:62] 最大读取电流@VDD min VDD_R_CURR_MIN 3 R [61:59] 最大读取电流@VDD max VDD_R_CURR_MAX 3 R [58:56] 最大写电流@VDD min VDD_W_CURR_MIN 3 R [55:53] 最大写电流@VDD max VDD_W_CURR_MAX 3 R [52:50] 设备容量乘子 C_SIZE_MULT 3 R [49:47] 擦除单块使能 ERASE_BLK_EN 1 R [46:46] 擦除扇区大小 SECTOR_SIZE 7 R [45:39] 写保护群大小 WP_GRP_SIZE 7 R [38:32] 写保护群使能 WP_GRP_ENABLE 1 R [31:31] 保留 - 2 R [30:29] 写速度因子 R2W_FACTOR 3 R [28:26] 最大写数据块长度 WRITE_BL_LEN 4 R [25:22] 允许写的部分部 WRITE_BL_PARTIAL 1 R [21:21] 保留 - 5 R [20:16] 文件系统群 FILE_OFRMAT_GRP 1 R/W [15:15] 拷贝标志 COPY 1 R/W [14:14] 永久写保护 PERM_WRITE_PROTECT 1 R/W [13:13] 暂时写保护 TMP_WRITE_PROTECT 1 R/W [12:12] 文件系统 FIL_FORMAT 2 R/W [11:10] 保留 - 2 R/W [9:8] CRC CRC 7 R/W [7:1] 未用，始终为1 - 1   [0:0]            读取CSD 的时序：               相应的程序例程如下：     1. //-----------------------------------------------------------------------------------------    2.     读SD卡的CSD寄存器   共16字节    返回0说明读取成功    3. //-----------------------------------------------------------------------------------------    4. unsigned char Read_CSD_SD(unsigned char *Buffer)    5. {     6.    //读取CSD寄存器的命令    7.    unsigned char CMD[] = {0x49,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};    8.    unsigned char temp;    9.    temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16); //read 16 bytes    10.    return(temp);    11. }    4） 读取SD卡信息 综合上面对CID与CSD寄存器的读取，可以知道很多关于SD卡的信息，以下程序可以获取这些信息。如下：   1. //-----------------------------------------------------------------------------------------------    2. //返回    3. //  SD卡的容量，单位为M    4. //  sector count and multiplier MB are in     5. u08 == C_SIZE / (2^(9-C_SIZE_MULT))    6. //  SD卡的名称    7. //-----------------------------------------------------------------------------------------------    8. void SD_get_volume_info()    9. {       10.     unsigned char i;    11.     unsigned char c_temp[5];    12.     VOLUME_INFO_TYPE SD_volume_Info,*vinf;    13.     vinf=&SD_volume_Info; //Init the pointoer;    14. /读取CSD寄存器    15.     Read_CSD_SD(sectorBuffer.dat);    16. //获取总扇区数    17.  vinf->sector_count = sectorBuffer.dat[6] & 0x03;    18.  vinf->sector_count <<= 8;    19.  vinf->sector_count += sectorBuffer.dat[7];    20.  vinf->sector_count <<= 2;    21.  vinf->sector_count += (sectorBuffer.dat[8] & 0xc0) >> 6;    22.  // 获取multiplier    23.  vinf->sector_multiply = sectorBuffer.dat[9] & 0x03;    24.  vinf->sector_multiply <<= 1;    25.  vinf->sector_multiply += (sectorBuffer.dat[10] & 0x80) >> 7;    26. //获取SD卡的容量    27.  vinf->size_MB = vinf->sector_count >> (9-vinf->sector_multiply);    28.  // get the name of the card    29.  Read_CID_SD(sectorBuffer.dat);    30.  vinf->name[0] = sectorBuffer.dat[3];    31.  vinf->name[1] = sectorBuffer.dat[4];    32.  vinf->name[2] = sectorBuffer.dat[5];    33.  vinf->name[3] = sectorBuffer.dat[6];    34.  vinf->name[4] = sectorBuffer.dat[7];    35.  vinf->name[5] = 0x00; //end flag     36. }    37.          以上程序将信息装载到一个结构体中，这个结构体的定义如下：    38. typedef struct SD_VOLUME_INFO    39. { //SD/SD Card info    40.   unsigned int  size_MB;    41.   unsigned char sector_multiply;    42.   unsigned int  sector_count;    43.   unsigned char name[6];    44. } VOLUME_INFO_TYPE;    5） 扇区读 扇区读是对SD卡驱动的目的之一。SD卡的每一个扇区中有512个字节，一次扇区读操作将把某一个扇区内的512个字节全部读出。过程很简单，先写入命令，在得到相应的回应后，开始数据读取。 扇区读的时序：           扇区读的程序例程：     1. unsigned char SD_Read_Sector(unsigned long sector,unsigned char *buffer)    2. {      3.    unsigned char retry;    4.    //命令16    5.    unsigned char CMD[] = {0x51,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};     6.    unsigned char temp;    7.        8.    //地址变换   由逻辑块地址转为字节地址    9.    sector = sector << 9; //sector = sector * 512    10.    11.    CMD[1] = ((sector & 0xFF000000) >>24 );    12.    CMD[2] = ((sector & 0x00FF0000) >>16 );    13.    CMD[3] = ((sector & 0x0000FF00) >>8 );    14.    15.    //将命令16写入SD卡    16.    retry=0;    17.    do   18.    {  //为了保证写入命令  一共写100次    19.       temp=Write_Command_MMC(CMD);    20.       retry++;    21.       if(retry==100)     22.       {    23.         return(READ_BLOCK_ERROR); //block write Error!    24.       }    25.    }    26.    while(temp!=0);     27.           28.    //Read Start Byte form MMC/SD-Card (FEh/Start Byte)    29.    //Now data is ready,you can read it out.    30.    while (Read_Byte_MMC() != 0xfe);    31.    readPos=0;    32.   SD_get_data(512,buffer) ;  //512字节被读出到buffer中    33.  return 0;    34. }    35. 其中SD_get_data函数如下：    36. //----------------------------------------------------------------------------    37.     获取数据到buffer中    38. //----------------------------------------------------------------------------    39. void SD_get_data(unsigned int Bytes,unsigned char *buffer)     40. {    41.    unsigned int j;    42.    for (j=0;j>24 );    13.    CMD[2] = ((addr & 0x00FF0000) >>16 );    14.    CMD[3] = ((addr & 0x0000FF00) >>8 );    15.    16.    //写命令24到SD卡中去    17.    retry=0;    18.    do   19.    {  //为了可靠写入，写100次    20.       tmp=Write_Command_SD(CMD);    21.       retry++;    22.       if(retry==100)     23.       {     24.         return(tmp); //send commamd Error!    25.       }    26.    }    27.    while(tmp!=0);     28.        29.    30.    //在写之前先产生100个时钟信号    31.    for (i=0;i<100;i++)    32.    {    33.       Read_Byte_SD();    34.    }    35.      36.    //写入开始字节    37.    Write_Byte_MMC(0xFE);     38.      39.    //现在可以写入512个字节    40.    for (i=0;i<512;i++)    41.    {    42.       Write_Byte_MMC(*Buffer++);     43.    }    44.    45.    //CRC-Byte     46.    Write_Byte_MMC(0xFF); //Dummy CRC    47.    Write_Byte_MMC(0xFF); //CRC Code    48.        49.         50.    tmp=Read_Byte_MMC();   // read response    51.    if((tmp & 0x1F)!=0x05) // 写入的512个字节是未被接受    52.    {    53.      SPI_CS=1;    54.      return(WRITE_BLOCK_ERROR); //Error!    55.    }    56.    //等到SD卡不忙为止    57. //因为数据被接受后，SD卡在向储存阵列中编程数据    58.    while (Read_Byte_MMC()!=0xff){};    59.      60.    //禁止SD卡    61.    SPI_CS=1;    62.    return(0);//写入成功    63. }    64.    此上内容在笔者的实验中都已调试通过。单片机采用STC89LE单片机（SD卡的初始化电压为2.0V~3.6V，操作电压为3.1V~3.5V，因此不能用5V单片机，或进行分压处理），工作于22.1184M的时钟下，由于所采用的单片机中没硬件SPI，采用软件模拟SPI，因此读写速率都较慢。如果要半SD卡应用于音频、视频等要求高速场合，则需要选用有硬件SPI的控制器，或使用SD模式，当然这就需要各位读者对SD模式加以研究，有了SPI模式的基础，SD模式应该不是什么难事。