STM32之SD卡驅(qū)動(dòng)

只需要4個(gè)IO口即可外擴(kuò)一個(gè)最大達(dá)32GB以上的外部存儲(chǔ)器，容量從幾十M到幾十G選擇尺度很大，更換也很方便，編程也簡(jiǎn)單，是單片機(jī)大容量外部存儲(chǔ)器的首選。

ALIENTKE戰(zhàn)艦STM32開發(fā)板自帶了標(biāo)準(zhǔn)的SD卡接口，可使用STM32自帶的SPI/SDIO接口驅(qū)動(dòng)（通過(guò)跳線帽選擇驅(qū)動(dòng)方式），本章我們使用SPI驅(qū)動(dòng)，最高通信速度可達(dá)18Mbps，每秒可傳輸數(shù)據(jù)2M字節(jié)以上，對(duì)于一般應(yīng)用足夠了。在本章中，我們將向大家介紹，如何在ALIENTEK戰(zhàn)艦STM32開發(fā)板上實(shí)現(xiàn)SD卡的讀取。本章分為如下幾個(gè)部分：

44.1 SD卡簡(jiǎn)介

44.2硬件設(shè)計(jì)

44.3軟件設(shè)計(jì)

44.4下載驗(yàn)證

44.1 SD卡簡(jiǎn)介

SD卡（Secure Digital Memory Card）中文翻譯為安全數(shù)碼卡，它是在MMC的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，是一種基于半導(dǎo)體快閃記憶器的新一代記憶設(shè)備，它被廣泛地于便攜式裝置上使用，例如數(shù)碼相機(jī)、個(gè)人數(shù)碼助理(PDA)和多媒體播放器等。SD卡由日本松下、東芝及美國(guó)SanDisk公司于1999年8月共同開發(fā)研制。大小猶如一張郵票的SD記憶卡，重量只有2克，但卻擁有高記憶容量、快速數(shù)據(jù)傳輸率、極大的移動(dòng)靈活性以及很好的安全性。按容量分類，可以將SD卡分為3類：SD卡、SDHC卡、SDXC卡。如表44.1.1所示：

表44.1.1 SD卡按容量分類

SD卡和SDHC卡協(xié)議基本兼容，但是SDXC卡，同這兩者區(qū)別就比較大了，本章我們討論的主要是SD/SDHC卡（簡(jiǎn)稱SD卡）。

SD卡一般支持2種操作模式：

1，SD卡模式（通過(guò)SDIO通信）；

2，SPI模式；

主機(jī)可以選擇以上任意一種模式同SD卡通信，SD卡模式允許4線的高速數(shù)據(jù)傳輸。SPI模式允許簡(jiǎn)單的通過(guò)SPI接口來(lái)和SD卡通信，這種模式同SD卡模式相比就是喪失了速度。

SD卡的引腳排序如下圖44.1.1所示：

圖44.1.1 SD卡引腳排序圖

SD卡引腳功能描述如表45.1.2所示：

SD卡只能使用3.3V的IO電平，所以，MCU一定要能夠支持3.3V的IO端口輸出。注意：在SPI模式下，CS/MOSI/MISO/CLK都需要加10~100K左右的上拉電阻。

SD卡有5個(gè)寄存器，如表45.1.3所示：

表45.1.3 SD卡相關(guān)寄存器

關(guān)于這些寄存器的詳細(xì)描述，請(qǐng)參考光盤相關(guān)SD卡資料。我們?cè)谶@里就不描述了。接下來(lái)，我們看看SD卡的命令格式，如表45.1.4所示：

表45.1.4 SD卡命令格式

SD卡的指令由6個(gè)字節(jié)組成，字節(jié)1的最高2位固定為01，低6位為命令號(hào)（比如CMD16，為10000即16進(jìn)制的0X10，完整的CMD16，第一個(gè)字節(jié)為01010000，即0X10+0X40）。

字節(jié)2~5為命令參數(shù)，有些命令是沒(méi)有參數(shù)的。

字節(jié)6的高七位為CRC值，最低位恒定為1。

SD卡的命令總共有12類，分為Class0~Class11，本章，我們僅介紹幾個(gè)比較重要的命令，如表45.1.5所示：

表45.1.5 SD卡部分命令

上表中，大部分的命令是初始化的時(shí)候用的。表中的R1、R3和R7等是SD卡的回應(yīng)，SD卡和單片機(jī)的通信采用發(fā)送應(yīng)答機(jī)制，如圖45.1.2所示：

圖45.1.2 SD卡命令傳輸過(guò)程

每發(fā)送一個(gè)命令，SD卡都會(huì)給出一個(gè)應(yīng)答，以告知主機(jī)該命令的執(zhí)行情況，或者返回主機(jī)需要獲取的數(shù)據(jù)。SPI模式下，SD卡針對(duì)不同的命令，應(yīng)答可以使R1~R7，R1的應(yīng)答，各位描述如表45.1.6所示：

表45.1.6 R1響應(yīng)各位描述

R2~R7的響應(yīng)，我們就不介紹了，請(qǐng)的大家參考SD卡2.0協(xié)議。接下來(lái)，我們看看SD卡初始化過(guò)程。因?yàn)槲覀兪褂玫氖荢PI模式，所以先得讓SD卡進(jìn)入SPI模式。方法如下：在SD卡收到復(fù)位命令（CMD0）時(shí)，CS為有效電平（低電平）則SPI模式被啟用。不過(guò)在發(fā)送CMD0之前，要發(fā)送>74個(gè)時(shí)鐘，這是因?yàn)镾D卡內(nèi)部有個(gè)供電電壓上升時(shí)間，大概為64個(gè)CLK，剩下的10個(gè)CLK用于SD卡同步，之后才能開始CMD0的操作，在卡初始化的時(shí)候，CLK時(shí)鐘最大不能超過(guò)400Khz！。

接著我們看看SD卡的初始化，SD卡的典型初始化過(guò)程如下：

1、初始化與SD卡連接的硬件條件（MCU的SPI配置，IO口配置）；

2、上電延時(shí)（>74個(gè)CLK）；

3、復(fù)位卡（CMD0），進(jìn)入IDLE狀態(tài)；

4、發(fā)送CMD8，檢查是否支持2.0協(xié)議；

5、根據(jù)不同協(xié)議檢查SD卡（命令包括：CMD55、CMD41、CMD58和CMD1等）；

6、取消片選，發(fā)多8個(gè)CLK，結(jié)束初始化

這樣我們就完成了對(duì)SD卡的初始化，注意末尾發(fā)送的8個(gè)CLK是提供SD卡額外的時(shí)鐘，完成某些操作。通過(guò)SD卡初始化，我們可以知道SD卡的類型（V1、V2、V2HC或者M(jìn)MC），在完成了初始化之后，就可以開始讀寫數(shù)據(jù)了。

SD卡讀取數(shù)據(jù)，這里通過(guò)CMD17來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體過(guò)程如下：

1、發(fā)送CMD17；

2、接收卡響應(yīng)R1；

3、接收數(shù)據(jù)起始令牌0XFE；

4、接收數(shù)據(jù)；

5、接收2個(gè)字節(jié)的CRC，如果不使用CRC，這兩個(gè)字節(jié)在讀取后可以丟掉。

6、禁止片選之后，發(fā)多8個(gè)CLK；

以上就是一個(gè)典型的讀取SD卡數(shù)據(jù)過(guò)程，SD卡的寫于讀數(shù)據(jù)差不多，寫數(shù)據(jù)通過(guò)CMD24來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體過(guò)程如下：

1、發(fā)送CMD24;

2、接收卡響應(yīng)R1；

3、發(fā)送寫數(shù)據(jù)起始令牌0XFE；

4、發(fā)送數(shù)據(jù)；

5、發(fā)送2字節(jié)的偽CRC；

6、禁止片選之后，發(fā)多8個(gè)CLK；

以上就是一個(gè)典型的寫SD卡過(guò)程。關(guān)于SD卡的介紹，我們就介紹到這里，更詳細(xì)的介紹請(qǐng)參考光盤SD卡的參考資料（SD卡2.0協(xié)議）。

44.2硬件設(shè)計(jì)

本章實(shí)驗(yàn)功能簡(jiǎn)介：開機(jī)的時(shí)候先初始化SD卡，如果SD卡初始化完成，則提示LCD初始化成功。按下KEY0，讀取SD卡扇區(qū)0的數(shù)據(jù)，然后通過(guò)串口發(fā)送到電腦。如果沒(méi)初始化通過(guò)，則在LCD上提示初始化失敗。同樣用DS0來(lái)指示程序正在運(yùn)行。

本實(shí)驗(yàn)用到的硬件資源有：

1）指示燈DS0

2）KEY0按鍵

3）串口

4）TFTLCD模塊

5）SD卡

前面四部分，在之前的實(shí)例已經(jīng)介紹過(guò)了，這里我們介紹一下戰(zhàn)艦STM32開發(fā)板板載的SD卡接口和STM32的連接關(guān)系，如圖44.2.1所示：

我們用跳線帽將P10的SD_DT3、SD_CMD、SD_SCK、SD_DT0分別同P12的SD_CS、SPI2_MOSI、SPI2_SCK、SPI2_MISO連接起來(lái)，即實(shí)現(xiàn)SD卡的SPI模式連接。硬件連接示意圖如圖44.2.2所示：

圖44.2.2 SD卡SPI方式硬件連接示意圖

將圖中所示的4處，用跳線帽短接，接口實(shí)現(xiàn)SD卡與STM32的SPI連接。最后，你還得自備一個(gè)SD卡，將其插入板子下面的SD卡接口。