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51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)SD卡的讀寫

作者： 時(shí)間：2016-11-25 來源：網(wǎng)絡(luò) 收藏
SD卡在現(xiàn)在的日常生活與工作中使用非常廣泛，時(shí)下已經(jīng)成為最為通用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡。在諸如MP3、數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備上也都采用SD卡作為其存儲(chǔ)設(shè)備。 SD卡之所以得到如此廣泛的使用，是因?yàn)樗鼉r(jià)格低廉、存儲(chǔ)容量大、使用方便、通用性與安全性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。既然它有著這么多優(yōu)點(diǎn)，那么如果將它加入到單片機(jī)應(yīng) 用開發(fā)系統(tǒng)中來，將使系統(tǒng)變得更加出色。這就要求對(duì)SD卡的硬件與讀寫時(shí)序進(jìn)行研究。對(duì)于SD卡的硬件結(jié)構(gòu)，在官方的文檔上有很詳細(xì)的介紹，如SD卡內(nèi)的 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)單元組織方式等內(nèi)容。要實(shí)現(xiàn)對(duì)它的讀寫，最核心的是它的時(shí)序，筆者在經(jīng)過了實(shí)際的測(cè)試后，使用51單片機(jī)成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)SD卡的扇區(qū)讀寫， 并對(duì)其讀寫速度進(jìn)行了評(píng)估。下面先來講解SD卡的讀寫時(shí)序。

（1）SD卡的引腳定義：

SD卡引腳功能詳述：

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/201611/321134.htm
引腳
編號(hào)
SD模式
SPI模式
名稱
類型
描述
名稱
類型
描述
1
CD/DAT3
IO或PP
卡檢測(cè)/
數(shù)據(jù)線3
#CS
I
片選
2
CMD
PP
命令/
回應(yīng)
DI
I
數(shù)據(jù)輸入
3
VSS1
S
電源地
VSS
S
電源地
4
VDD
S
電源
VDD
S
電源
5
CLK
I
時(shí)鐘
SCLK
I
時(shí)鐘
6
VSS2
S
電源地
VSS2
S
電源地
7
DAT0
IO或PP
數(shù)據(jù)線0
DO
O或PP
數(shù)據(jù)輸出
8
DAT1
IO或PP
數(shù)據(jù)線1
RSV
9
DAT2
IO或PP
數(shù)據(jù)線2
RSV

注：S：電源供給 I：輸入 O：采用推拉驅(qū)動(dòng)的輸出
PP：采用推拉驅(qū)動(dòng)的輸入輸出

SD卡SPI模式下與單片機(jī)的連接圖：

SD卡支持兩種總線方式：SD方式與SPI方式。其中SD方式采用6線制，使用CLK、CMD、DAT0~DAT3進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。而SPI方式采用4線 制，使用CS、CLK、DataIn、DataOut進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。SD方式時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸速度與SPI方式要快，采用單片機(jī)對(duì)SD卡進(jìn)行讀寫時(shí)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。這里只對(duì)其SPI方式進(jìn)行介紹。

（2）SPI方式驅(qū)動(dòng)SD卡的方法
SD卡的SPI通信接口使其可以通過SPI通道進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫。從應(yīng)用的角度來看，采用SPI接口的好處在于，很多單片機(jī)內(nèi)部自帶SPI控制器，不光給開發(fā) 上帶來方便，同時(shí)也見降低了開發(fā)成本。然而，它也有不好的地方，如失去了SD卡的性能優(yōu)勢(shì)，要解決這一問題，就要用SD方式，因?yàn)樗峁└蟮目偩€數(shù)據(jù)帶 寬。SPI接口的選用是在上電初始時(shí)向其寫入第一個(gè)命令時(shí)進(jìn)行的。以下介紹SD卡的驅(qū)動(dòng)方法，只實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的扇區(qū)讀寫。
1）命令與數(shù)據(jù)傳輸
1.命令傳輸
SD卡自身有完備的命令系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)操作。命令格式如下：

命令的傳輸過程采用發(fā)送應(yīng)答機(jī)制，過程如下：

每一個(gè)命令都有自己命令應(yīng)答格式。在SPI模式中定義了三種應(yīng)答格式，如下表所示：

字節(jié)
位
含義
1
7
開始位，始終為0
6
參數(shù)錯(cuò)誤
5
地址錯(cuò)誤
4
擦除序列錯(cuò)誤
3
CRC錯(cuò)誤
2
非法命令
1
擦除復(fù)位
0
閑置狀態(tài)

字節(jié)
位
含義
1
7
開始位，始終為0
6
參數(shù)錯(cuò)誤
5
地址錯(cuò)誤
4
擦除序列錯(cuò)誤
3
CRC錯(cuò)誤
2
非法命令
1
擦除復(fù)位
0
閑置狀態(tài)
2
7
溢出，CSD覆蓋
6
擦除參數(shù)
5
寫保護(hù)非法
4
卡ECC失敗
3
卡控制器錯(cuò)誤
2
未知錯(cuò)誤
1
寫保護(hù)擦除跳過，鎖／解鎖失敗
0
鎖卡

字節(jié)
位
含義
1
7
開始位，始終為0
6
參數(shù)錯(cuò)誤
5
地址錯(cuò)誤
4
擦除序列錯(cuò)誤
3
CRC錯(cuò)誤
2
非法命令
1
擦除復(fù)位
0
閑置狀態(tài)
2～5
全部
操作條件寄存器，高位在前


寫命令的例程：

  1. //-----------------------------------------------------------------------------------------------
  2. 向SD卡中寫入命令，并返回回應(yīng)的第二個(gè)字節(jié)
  3. //-----------------------------------------------------------------------------------------------
  4. unsignedcharWrite_Command_SD(unsignedchar*CMD)
  5. {
  6. unsignedchartmp;
  7. unsignedcharretry=0;
  8. unsignedchari;
  10. //禁止SD卡片選
  11. SPI_CS=1;
  12. //發(fā)送8個(gè)時(shí)鐘信號(hào)
  13. Write_Byte_SD(0xFF);
  14. //使能SD卡片選
  15. SPI_CS=0;
  17. //向SD卡發(fā)送6字節(jié)命令
  18. for(i=0;i<0x06;i++)
  19. {
  20. Write_Byte_SD(*CMD++);
  21. }
  23. //獲得16位的回應(yīng)
  24. Read_Byte_SD();//readthefirstbyte,ignoreit.
  25. do
  26. {//讀取后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，只有進(jìn)行了正確的初始化，才能進(jìn)行后面的各項(xiàng)操作。在初始化過程中，SPI的時(shí)鐘不能太快，否則會(huì)造初始化失敗。在初始化成 功后，應(yīng)盡量提高SPI的速率。在剛開始要先發(fā)送至少74個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，這是必須的。在很多讀者的實(shí)驗(yàn)中，很多是因?yàn)槭韬隽诉@一點(diǎn)，而使初始化不成功。隨后 就是寫入兩個(gè)命令CMD0與CMD1，使SD卡進(jìn)入SPI模式
初始化時(shí)序圖：


初始化例程：

  1. //--------------------------------------------------------------------------
  2. 初始化SD卡到SPI模式
  3. //--------------------------------------------------------------------------
  4. unsignedcharSD_Init()
  5. {
  6. unsignedcharretry,temp;
  7. unsignedchari;
  8. unsignedcharCMD[]={0x40,0x00,0x00,0x00,0x00,0x95};
  9. SD_Port_Init();//初始化驅(qū)動(dòng)端口
  11. Init_Flag=1;//將初始化標(biāo)志置1
  13. for(i=0;i<0x0f;i++)
  14. {
  15. Write_Byte_SD(0xff);//發(fā)送至少74個(gè)時(shí)鐘信號(hào)
  16. }
  18. //向SD卡發(fā)送CMD0
  19. retry=0;
  20. do
  21. {//為了能夠成功寫入CMD0,在這里寫200次
  22. temp=Write_Command_SD(CMD);
  23. retry++;
  24. if(retry==200)
  25. {//超過200次
  26. return(INIT_CMD0_ERROR);//CMD0Error!
  27. }
  28. }
  29. while(temp!=1);//回應(yīng)01h，停止寫入
  31. //發(fā)送CMD1到SD卡
  32. CMD[0]=0x41;//CMD1
  33. CMD[5]=0xFF;
  34. retry=0;
  35. do
  36. {//為了能成功寫入CMD1,寫100次
  37. temp=Write_Command_SD(CMD);
  38. retry++;
  39. if(retry==100)
  40. {//超過100次
  41. return(INIT_CMD1_ERROR);//CMD1Error!
  42. }
  43. }
  44. while(temp!=0);//回應(yīng)00h停止寫入
  46. Init_Flag=0;//初始化完畢，初始化標(biāo)志清零
  48. SPI_CS=1;//片選無效
  49. return(0);//初始化成功
  50. }

3）讀取CID
CID寄存器存儲(chǔ)了SD卡的標(biāo)識(shí)碼。每一個(gè)卡都有唯一的標(biāo)識(shí)碼。
CID寄存器長(zhǎng)度為128位。它的寄存器結(jié)構(gòu)如下：

名稱
域
數(shù)據(jù)寬度
CID劃分
生產(chǎn)標(biāo)識(shí)號(hào)
MID
8
[127:120]
OEM/應(yīng)用標(biāo)識(shí)
OID
16
[119:104]
產(chǎn)品名稱
PNM
40
[103:64]
產(chǎn)品版本
PRV
8
[63:56]
產(chǎn)品序列號(hào)
PSN
32
[55:24]
保留
－
4
[23:20]
生產(chǎn)日期
MDT
12
[19:8]
CRC7校驗(yàn)合
CRC
7
[7:1]
未使用，始終為1
－
1
[0:0]

它的讀取時(shí)序如下：

與此時(shí)序相對(duì)應(yīng)的程序如下：

  1. //------------------------------------------------------------------------------------
  2. 讀取SD卡的CID寄存器16字節(jié)成功返回0
  3. //-------------------------------------------------------------------------------------
  4. unsignedcharRead_CID_SD(unsignedchar*Buffer)
  5. {
  6. //讀取CID寄存器的命令
  7. unsignedcharCMD[]={0x4A,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};
  8. unsignedchartemp;
  9. temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16);//read16bytes
  10. return(temp);
  11. }
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