SD卡引脚及spi模式基本操作过程

SD卡引脚及spi模式基本操作过程（摘自网络）对于SD卡的硬件结构，在官方的文档上有很详细的介绍，如SD卡内的存储器结构、存储单元组织方式等内容。要实现对它的读写，最核心的是它的时序，笔者在经过了实际的测试后，使用51单片机成功实现了对SD卡的扇区读写，并对其读写速度进行了评估。下面先来讲解SD卡的读写时序。SD卡的引脚定义1SDMtmory1SD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1CD/DAT3I0或PP卡检测/数据线3#CSI片选2CMDPP命令/回应DII数据输入3VSS1S电源地VSSS电源地4VDDS电源VDDS电源5CLKI时钟SCLKI时钟6VSS2S电源地VSS2S电源地7DAT0I0或PP数据线0DOO或PP数据输岀8DAT1I0或PP数据线1RSV9DAT2I0或PP数据线2RSV注：S:电源供给I:输入0: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:150kMJ雷空-Ik-4-单片杭CMOW2匚二ewsoc帕璋如^r~i—-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、Dataln、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。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:01CONTENTCRC1总长度为怕他』即E亍字节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，如下表所示:字节位含义17开始位，始终为06参数错误5地址错误4擦除序列错误3CRC错误2非法命令1擦除复位0闲置状态字节位含义17开始位，始终为06参数错误5地址错误4擦除序列错误3CRC错误2非法命令1擦除复位0闲置状态27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17开始位，始终为06参数错误5地址错误4擦除序列错误3CRC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:C程序//向SD卡中写入命令，并返回回应的第二个字节//unsignedcharWrite_Command_SD(unsignedchar*CMD){unsignedchartmp;unsignedcharretry=0;unsignedchari;//禁止SD卡片选SPI_CS=1;//发送8个时钟信号Write_Byte_SD(OxFF);//使能SD卡片选SPI_CS=0;//向SD卡发送6字节命令for(i=0;i<0x06;i++){Write_Byte_SD(*CMD++);}//获得16位的回应Read_Byte_SD();//readthefirstbyte,ignoreit.do{//读取后8位tmp=Read_Byte_SD();retry++;}while((tmp==0xff)&&(retry<100));return(tmp);}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:dku(CMD)»N(DATA)OUTelkG(CMD)IN(DATA)OUT8k4ccmu8*New1uDOr)初始化例程:C程序//初始化SD卡到SPI模式//unsignedcharSD_Init(){unsignedcharretry,temp;unsignedchari;unsignedcharCMD[]={0x40,0x00,0x00,0x00,0x00,0x95};SD_Port_lnit();//初始化驱动端口Init_Flag=1;//将初始化标志置1for(i=0;i<0x0f;i++)Write_Byte_SD(Oxff);//发送至少74个时钟信号}//向SD卡发送CMD0retry=0;do{//为了能够成功写入CMD0,在这里写200次temp=Write_Command_SD(CMD);retry++;if(retry==200){//超过200次return(INIT_CMDO_ERROR)；//CMD0Error!}}while(temp!=1);//回应01h，停止写入//发送CMD1至USD卡CMD[0]=0x41;//CMD1CMD[5]=OxFF;retry=0;do{//为了能成功写入CMD1,写100次temp=Write_Command_SD(CMD);retry++;if(retry==100){//超过100次return(INIT_CMD1_ERR0R)；//CMD1Error!}}while(temp!=0);//回应00h停止写入Init_Flag=O;//初始化完毕，初始化标志清零SPI_CS=1;//片选无效return(0);//初始化成功}3)读取CIDCID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MID8[127:120]OEM/应用标识OID16[119:104]产品名称PNM40[103:64]产品版本PRV8[63:56]产品序列号PSN32[55:24]保留—4[23:20]生产日期MDT12[19:8]CRC7校验合CRC7[7:1]未使用，始终为1—1[0:0]它的读取时序如下:dk凶自凶凶眶II.*t%*t*{CMD)tNM5F1DATA)OUT(mFEhexit■吃工电i.圧专Pertcare与此时序相对应的程序如下:C程序//■读取SD卡的CID寄存器16字节成功返回0//■unsignedcharRead_CID_SD(unsignedchar*Buffer)//读取CID寄存器的命令unsignedcharCMD[]={0x4A,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};unsignedchartemp;//read16bytestemp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16);return(temp);读取CSDCSD(Card-SpecificData)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CSDSTRUCTURE2R[127:126]保留-6R[125:120]数据读取时间1TAAC8R[119:112]数据在CLK周期内读取时间2(NSAC*100)NSAC8R[111:104]最大数据传输率TRAN_SPEED8R[103:96]卡命令集合CCC12R[95:84]最大读取数据块长READ_BL_LEN4R[83:80]允许读的部分块READ_BL_PARTIAL1R[79:79]非线写块WRITE_BLK_MISALIGN1R[78:78]非线读块READ_BLK_MISALIGN1R[77:77]DSR条件DSR_IMP1R[76:76]保留-2R[75:74]设备容量C_SIZE12R[73:62]最大读取电流@VDDminVDD_R_CURR_MIN3R[61:59]最大读取电流@VDDmaxVDD_R_CURR_MAX3R[58:56]最大写电流@VDDminVDD_W_CURR_MIN3R[55:53]最大写电流@VDDmaxVDDWCURRMAX3R[52:50]设备容量乘子C_SIZE_MULT3R[49:47]擦除单块使能ERASE_BLK_EN1R[46:46]擦除扇区大小SECTOR_SIZE7R[45:39]写保护群大小WP_GRP_SIZE7R[38:32]写保护群使能WPGRPENABLE1R[31:31]保留-2R[30:29]写速度因子R2WFACTOR—3R[28:26]最大写数据块长度WRITE_BL_LEN4R[25:22]允许写的部分部WRITE_BL_PARTIAL1R[21:21]保留-5R[20:16]文件系统群FILEOFRMATGRP——1R/W[15:15]拷贝标志COPY1R/W[14:14]永久写保护PERMWRITEPROTECT1R/W[13:13]暂时写保护TMP_WRITE_PROTECT1R/W[12:12]文件系统FILFORMAT—2R/W[11:10]保留-2R/W[9:8]CRCCRC7R/W[7:1]未用，始终为1-1[0:0]读取CSD的时序:aki&轨imvi812亡嶺丈h取開Aaxlxjbdixpa匚二Y7CT*'和$sector_count=sectorBuffer.dat[6]&0x03;vinf->sector_count<<=8;vinf->sector_count+=sectorBuffer.dat[7];vinf->sector_count<<=2;vinf->sector_count+=(sectorBuffer.dat[8]&0xc0)>>6;//获取multipliervinf->sector_multiply=sectorBuffer.dat[9]&0x03;vinf->sector_multiply<<=1;vinf->sector_multiply+=(sectorBuffer.dat[10]&0x80)>>7;//获取SD卡的容量vinf->size_MB=vinf->sector_count>>(9-vinf->sector_multiply);//getthenameofthecardRead_CID_SD(sectorBuffer.dat);vinf->name[0]=sectorBuffer.dat[3];vinf->name[1]=sectorBuffer.dat[4];vinf->name[2]=sectorBuffer.dat[5];vinf->name[3]=sectorBuffer.dat[6];vinf->name[4]=sectorBuffer.dat[7];vinf->name[5]=0x00;//endflag}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：typedefstructSD_VOLUME_INFO{//SD/SDCardinfounsignedintsize_MB;unsignedcharsector_multiply;unsignedintsector_count;unsignedcharname[6];}VOLUME_INFO_TYPE;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：[IMhiIZ512Byiti*iDATA.IOUTFBIKDoft亡jveIatemi8洛M2SM4s6yte&MtbyCMD16(OttfAult5121扇区读的程序例程:c程序unsignedcharSD_Read_Sector(unsignedlongsector,unsignedchar*buffer){unsignedcharretry;//命令16unsignedcharCMD[]={0x51,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};unsignedchartemp;sector=sector<<9;//sector=sector*512CMD[1]=((sector&OxFFOOOOOO)>>24);CMD[2]=((sector&OxOOFFOOOO)>>16);CMD[3]=((sector&OxOOOOFFOO)>>8);//将命令16写入SD卡retry=0;do{//为了保证写入命令一共写100次temp=Write_Command_MMC(CMD);retry++;//地址变换由逻辑块地址转为字节地址if(retry==100){return(READ_BLOCK_ERROR)；//blockwriteError!}}while(temp!=0);//ReadStartByteformMMC/SD-Card(FEh/StartByte)//Nowdataisready,youcanreaditout.while(Read_Byte_MMC()!=0xfe);readPos=0;SD_get_data(512,buffer);//512字节被读出到buffer中return0;}其中SD_get_data函数如下：//获取数据到buffer中//voidSD_get_data(unsignedintBytes,unsignedchar*buffer){unsignedintj;for(j=O;j>24);CMD[2]=((addr&0x00FF0000)>>16);CMD[3]=((addr&0x0000FF00)>>8);//写命令24到SD卡中去retry=O;do{//为了可靠写入，写100次tmp=Write_Command_SD(CMD);retry++;if(retry==100){return(tmp);//sendcommamdError!}}while(tmp!=0);//在写之前先产生100个时钟信号for(i=0;i<100;i++){Read_Byte_SD();}//写入开始字节Write_Byte_MMC(0xFE);//现在可以写入512个字节for(i=0;i<512;i++){Write_Byte_MMC(*Buffer++);}//CRC-ByteWrite_Byte_MMC(OxFF);//DummyCRCWrite_Byte_MMC(OxFF);//CRCCodetmp=Read_Byte_MMC();//readresponseif((tmp&0x1F)!=0x05)//写入的512个字节是未被接受{SPI_CS=1;return(WRITE_BLOCK_ERROR)；//Error!}//等到SD卡不忙为止//因为数据被接受后，SD卡在向储存阵列中编程数据while(Read_Byte_MMC()!=Oxff){};//禁止SD卡SPI_CS=1;return(0);//写入成功}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