SD卡引腳及spi模式基本操作過程

1、SD卡引腳及spi模式基本操作過程（摘自網(wǎng)絡） 對于SD卡的硬件結構，在官方的文檔上有很詳細的介紹，如SD卡內(nèi)的存儲器結構、存儲單元組織方式等內(nèi)容。要實現(xiàn)對它的讀寫，最核心的是它的時序，筆者在經(jīng)過了實際的測試后，使用51單片機成功實現(xiàn)了對SD卡的扇區(qū)讀寫，并對其讀寫速度進行了評估。下面先來講解SD卡的讀寫時序。SD卡的引腳定義SD卡引腳功能詳述：引腳編號SD模式SPI模式名稱類型描述名稱類型描述1CD/DAT3IO或PP卡檢測/數(shù)據(jù)線3#CSI片選2CMDPP命令/回應DII數(shù)據(jù)輸入3VSS1S電源地VSSS電源地4VDDS電源VDDS電源5CLKI時鐘SCLKI時鐘6VSS2S電源地VSS2

2、S電源地7DAT0IO或PP數(shù)據(jù)線0DOO或PP數(shù)據(jù)輸出8DAT1IO或PP數(shù)據(jù)線1RSV9DAT2IO或PP數(shù)據(jù)線2RSV注：S：電源供給 I：輸入 O：采用推拉驅(qū)動的輸出 PP：采用推拉驅(qū)動的輸入輸出SD卡SPI模式下與單片機的連接圖： 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、DAT0DAT3進行數(shù)據(jù)通信。而SPI方式采用4線制，使用CS、CLK、DataIn、DataOut進行數(shù)據(jù)通信。SD方式時的數(shù)據(jù)傳輸速度與SPI方式要快，采用單片機對SD卡進行讀寫時一般都采用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

3、里只對其SPI方式進行介紹。SPI方式驅(qū)動SD卡的方法SD卡的SPI通信接口使其可以通過SPI通道進行數(shù)據(jù)讀寫。從應用的角度來看，采用SPI接口的好處在于，很多單片機內(nèi)部自帶SPI控制器，不光給開發(fā)上帶來方便，同時也見降低了開發(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，要解決這一問題，就要用SD方式，因為它提供更大的總線數(shù)據(jù)帶寬。SPI接口的選用是在上電初始時向其寫入第一個命令時進行的。以下介紹SD卡的驅(qū)動方法，只實現(xiàn)簡單的扇區(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)，以實現(xiàn)各項操作。命令格式如下：命令的傳輸過程采用發(fā)送應答機制，過程如下：每一個命令都有

4、自己命令應答格式。在SPI模式中定義了三種應答格式，如下表所示：字節(jié)位含義17開始位，始終為06參數(shù)錯誤5地址錯誤4擦除序列錯誤3CRC錯誤2非法命令1擦除復位0閑置狀態(tài)字節(jié)位含義17開始位，始終為06參數(shù)錯誤5地址錯誤4擦除序列錯誤3CRC錯誤2非法命令1擦除復位0閑置狀態(tài)27溢出，CSD覆蓋6擦除參數(shù)5寫保護非法4卡ECC失敗3卡控制器錯誤2未知錯誤1寫保護擦除跳過，鎖解鎖失敗0鎖卡字節(jié)位含義17開始位，始終為06參數(shù)錯誤5地址錯誤4擦除序列錯誤3CRC錯誤2非法命令1擦除復位0閑置狀態(tài)25全部操作條件寄存器，高位在前寫命令的例程：C程序/-向SD卡中寫入命令，并返回回應的第二個字節(jié) /-

5、unsigned char Write_Command_SD(unsigned char *CMD) unsigned char tmp;unsigned char retry=0;unsigned char i;/禁止SD卡片選SPI_CS=1; /發(fā)送8個時鐘信號Write_Byte_SD(0xFF); /使能SD卡片選SPI_CS=0; /向SD卡發(fā)送6字節(jié)命令for (i=0;i<0x06;i+) Write_Byte_SD(*CMD+); /獲得16位的回應Read_Byte_SD(); /read the first byte,ignore it.do /讀取后8位tmp =

6、 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，只有進行了正確的初始化，才能進行后面的各項操作。在初始化過程中，SPI的時鐘不能太快，否則會造初始化失敗。在初始化成功后，應盡量提高SPI的速率。在剛開始要先發(fā)送至少74個時鐘信號，這是必須的。在很多讀者的實驗中，很多是因為疏忽了這一點，而使初始化不成功。隨后就是寫入兩個命令CMD0與CMD1，使SD卡進入SPI模式初始化時序圖：初始化例程：C程序/-初始化SD卡到SPI模式 /-unsigned char

7、 SD_Init() unsigned char retry,temp;unsigned char i;unsigned char CMD = 0x40,0x00,0x00,0x00,0x00,0x95;SD_Port_Init(); /初始化驅(qū)動端口Init_Flag=1; /將初始化標志置1for (i=0;i<0x0f;i+) Write_Byte_SD(0xff); /發(fā)送至少74個時鐘信號 /向SD卡發(fā)送CMD0retry=0; do /為了能夠成功寫入CMD0,在這里寫200次temp=Write_Command_SD(CMD); retry+; if(retry=200)

8、/超過200次return(INIT_CMD0_ERROR); /CMD0 Error! while(temp!=1); /回應01h，停止寫入/發(fā)送CMD1到SD卡CMD0 = 0x41; /CMD1CMD5 = 0xFF; retry=0; do /為了能成功寫入CMD1,寫100次temp=Write_Command_SD(CMD); retry+; if(retry=100) /超過100次return(INIT_CMD1_ERROR); /CMD1 Error! while(temp!=0); /回應00h停止寫入Init_Flag=0; /初始化完畢，初始化標志清零SPI_CS=1

9、; /片選無效return(0); /初始化成功 3） 讀取CIDCID寄存器存儲了SD卡的標識碼。每一個卡都有唯一的標識碼。CID寄存器長度為128位。它的寄存器結構如下：名稱域數(shù)據(jù)寬度CID劃分生產(chǎn)標識號MID8127:120OEM/應用標識OID16119:104產(chǎn)品名稱PNM40103:64產(chǎn)品版本PRV863:56產(chǎn)品序列號PSN3255:24保留423:20生產(chǎn)日期MDT1219:8CRC7校驗合CRC77:1未使用，始終為110:0它的讀取時序如下：與此時序相對應的程序如下：C程序/-讀取SD卡的CID寄存器 16字節(jié) 成功返回0 /-unsigned char Read_CID

10、_SD(unsigned char *Buffer) /讀取CID寄存器的命令unsigned char CMD = 0x4A,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF;unsigned char temp;temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16); /read 16 bytesreturn(temp); 讀取CSDCSD（Card-Specific Data）寄存器提供了讀寫SD卡的一些信息。其中的一些單元可以由用戶重新編程。具體的CSD結構如下：名稱域數(shù)據(jù)寬度單元類型CSD劃分CSD結構CSD_STRUCTURE2R127:126保留-6R125:120數(shù)

11、據(jù)讀取時間1TAAC8R119:112數(shù)據(jù)在CLK周期內(nèi)讀取時間2（NSAC*100）NSAC8R111:104最大數(shù)據(jù)傳輸率TRAN_SPEED8R103:96卡命令集合CCC12R95:84最大讀取數(shù)據(jù)塊長READ_BL_LEN4R83:80允許讀的部分塊READ_BL_PARTIAL1R79:79非線寫塊WRITE_BLK_MISALIGN1R78:78非線讀塊READ_BLK_MISALIGN1R77:77DSR條件DSR_IMP1R76:76保留-2R75:74設備容量C_SIZE12R73:62最大讀取電流VDD minVDD_R_CURR_MIN3R61:59最大讀取電流VDD

12、maxVDD_R_CURR_MAX3R58:56最大寫電流VDD minVDD_W_CURR_MIN3R55:53最大寫電流VDD maxVDD_W_CURR_MAX3R52:50設備容量乘子C_SIZE_MULT3R49:47擦除單塊使能ERASE_BLK_EN1R46:46擦除扇區(qū)大小SECTOR_SIZE7R45:39寫保護群大小WP_GRP_SIZE7R38:32寫保護群使能WP_GRP_ENABLE1R31:31保留-2R30:29寫速度因子R2W_FACTOR3R28:26最大寫數(shù)據(jù)塊長度WRITE_BL_LEN4R25:22允許寫的部分部WRITE_BL_PARTIAL1R21:

13、21保留-5R20:16文件系統(tǒng)群FILE_OFRMAT_GRP1R/W15:15拷貝標志COPY1R/W14:14永久寫保護PERM_WRITE_PROTECT1R/W13:13暫時寫保護TMP_WRITE_PROTECT1R/W12:12文件系統(tǒng)FIL_FORMAT2R/W11:10保留-2R/W9:8CRCCRC7R/W7:1未用，始終為1-10:0讀取CSD 的時序：相應的程序例程如下：C程序/-讀SD卡的CSD寄存器 共16字節(jié) 返回0說明讀取成功 /-unsigned char Read_CSD_SD(unsigned char *Buffer) /讀取CSD寄存器的命令unsig

14、ned char CMD = 0x49,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF;unsigned char temp;temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16); /read 16 bytesreturn(temp); 4） 讀取SD卡信息 綜合上面對CID與CSD寄存器的讀取，可以知道很多關于SD卡的信息，以下程序可以獲取這些信息。如下： /-/返回/ SD卡的容量，單位為M/ sector count and multiplier MB are inu08 = C_SIZE / (2(9-C_SIZE_MULT) / SD卡的名稱/-void SD_get

15、_volume_info() unsigned char i;unsigned char c_temp5;VOLUME_INFO_TYPE SD_volume_Info,*vinf; vinf=&SD_volume_Info; /Init the pointoer;/讀取CSD寄存器 Read_CSD_SD(sectorBuffer.dat); /獲取總扇區(qū)數(shù)vinf->sector_count = sectorBuffer.dat6 & 0x03; vinf->sector_count <<= 8; vinf->sector_count += s

16、ectorBuffer.dat7; vinf->sector_count <<= 2; vinf->sector_count += (sectorBuffer.dat8 & 0xc0) >> 6; / 獲取multipliervinf->sector_multiply = sectorBuffer.dat9 & 0x03; vinf->sector_multiply <<= 1; vinf->sector_multiply += (sectorBuffer.dat10 & 0x80) >> 7

17、; /獲取SD卡的容量vinf->size_MB = vinf->sector_count >> (9-vinf->sector_multiply); / get the name of the cardRead_CID_SD(sectorBuffer.dat); vinf->name0 = sectorBuffer.dat3; vinf->name1 = sectorBuffer.dat4; vinf->name2 = sectorBuffer.dat5; vinf->name3 = sectorBuffer.dat6; vinf->

18、;name4 = sectorBuffer.dat7; vinf->name5 = 0x00; /end flag 以上程序?qū)⑿畔⒀b載到一個結構體中，這個結構體的定義如下： typedef struct SD_VOLUME_INFO /SD/SD Card infounsigned int size_MB;unsigned char sector_multiply;unsigned int sector_count;unsigned char name6; VOLUME_INFO_TYPE; 扇區(qū)讀扇區(qū)讀是對SD卡驅(qū)動的目的之一。SD卡的每一個扇區(qū)中有512個字節(jié)，一次扇區(qū)讀操作將把某一

19、個扇區(qū)內(nèi)的512個字節(jié)全部讀出。過程很簡單，先寫入命令，在得到相應的回應后，開始數(shù)據(jù)讀取。扇區(qū)讀的時序：扇區(qū)讀的程序例程：C程序unsigned char SD_Read_Sector(unsigned long sector,unsigned char *buffer) unsigned char retry;/命令16unsigned char CMD = 0x51,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF;unsigned char temp;/地址變換 由邏輯塊地址轉為字節(jié)地址sector = sector << 9; /sector = sector * 512C

20、MD1 = (sector & 0xFF000000) >>24 ); CMD2 = (sector & 0x00FF0000) >>16 ); CMD3 = (sector & 0x0000FF00) >>8 ); /將命令16寫入SD卡retry=0; do /為了保證寫入命令 一共寫100次temp=Write_Command_MMC(CMD); retry+; if(retry=100) return(READ_BLOCK_ERROR); /block write Error! while(temp!=0);/Read Sta

21、rt Byte form MMC/SD-Card (FEh/Start Byte)/Now data is ready,you can read it out.while (Read_Byte_MMC() != 0xfe);readPos=0; SD_get_data(512,buffer) ; /512字節(jié)被讀出到buffer中return 0; 其中SD_get_data函數(shù)如下： /-獲取數(shù)據(jù)到buffer中 /-void SD_get_data(unsigned int Bytes,unsigned char *buffer) unsigned int j;for (j=0;j<

22、Bytes;j+)*buffer+ = Read_Byte_SD(); 扇區(qū)寫扇區(qū)寫是SD卡驅(qū)動的另一目的。每次扇區(qū)寫操作將向SD卡的某個扇區(qū)中寫入512個字節(jié)。過程與扇區(qū)讀相似，只是數(shù)據(jù)的方向相反與寫入命令不同而已。扇區(qū)寫的時序：扇區(qū)寫的程序例程：C程序/-寫512個字節(jié)到SD卡的某一個扇區(qū)中去 返回0說明寫入成功 /-unsigned char SD_write_sector(unsigned long addr,unsigned char *Buffer) unsigned char tmp,retry;unsigned int i;/命令24unsigned char CMD = 0x58,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF;addr = addr << 9; /addr = addr * 512CMD1 = (addr & 0xFF000000) >>24 ); CMD2 = (addr & 0x00FF0000) >>16 ); CMD3 = (addr & 0x0000FF00) >>8 ); /寫命令24到SD卡中去retry=0; do /為了可靠寫入，寫100次tmp=