sd卡在单片机上的应用.docx
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sd卡在单片机上的应用
SD卡在现在的日常生活与工作中使用非常广泛,时下已经成为最为通用的数据存储卡。
在诸如MP3、数码相机等设备上也都采用SD卡作为其存储设备。
SD卡之所以得到如此广泛的使用,是因为它价格低廉、存储容量大、使用方便、通用性与安全性强等优点。
既然它有着这么多优点,那么如果将它加入到单片机应用开发系统中来,将使系统变得更加出色。
这就要求对SD卡的硬件与读写时序进行研究。
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。
<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。
b5E2RGbCAP
<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。
p1EanqFDPw
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,如下表所示:
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:
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(0xFF>。
//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>。
}
DXDiTa9E3d
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RTCrpUDGiT
初始化时序图:
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_Init(>。
//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(0xff>。
//发送至少74个时钟信号
}
//向SD卡发送CMD0
retry=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_CMD0_ERROR>。
//CMD0Error!
}
}
while(temp!
=1>。
//回应01h,停止写入//发送CMD1到SD卡
CMD[0]=0x41。
//CMD1
CMD[5]=0xFF。
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_ERROR>。
//CMD1Error!
}
}
while(temp!
=0>。
//回应00h停止写入
Init_Flag=0。
//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
}
5PCzVD7HxA
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
[0:
0]
它的读取时序如下:
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。
temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16>。
//read16bytesreturn(temp>。
}
jLBHrnAILg
4)读取CSD
CSD 其中的一些单元可以由用户重新编程。 具体的CSD结构如下: xHAQX74J0X 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 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@VDDmin VDD_R_CURR_MIN 3 R [61: 59] 最大读取电流@VDDmax VDD_R_CURR_MAX 3 R [58: 56] 最大写电流@VDDmin VDD_W_CURR_MIN 3 R [55: 53] 最大写电流@VDDmax 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: C程序 //------------------------------------------------------------------- 读SD卡的CSD寄存器共16字节返回0说明读取成功 //-------------------------------------------------------------------unsignedcharRead_CSD_SD(unsignedchar*Buffer> { //读取CSD寄存器的命令unsignedcharCMD[]={0x49,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF}。 unsignedchartemp。 temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16>。 //read16bytesreturn(temp>。 } 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: //----------------------------------------------------------------------//返回//SD卡的容量,单位为M//sectorcountandmultiplierMBarein u08==C_SIZE/(2^(9-C_SIZE_MULT>> //SD卡的名称//----------------------------------------------------------------------voidSD_get_volume_info(> { unsignedchari。 unsignedcharc_temp[5]。 VOLUME_INFO_TYPESD_volume_Info,*vinf。 vinf=&SD_volume_Info。 //Initthepointoer。 /读取CSD寄存器 Read_CSD_SD(sectorBuffer.dat>。 //获取总扇区数 vinf->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multiplier vinf->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>。 //getthenameofthecard Read_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。 LDAYtRyKfE 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。 Zzz6ZB2Ltk 扇区读的时序: 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。 //地址变换由逻辑块地址转为字节地址 sector=sector<<9。 //sector=sector*512 CMD[1]=((sector&0xFF000000>>>24>。 CMD[2]=((sector&0x00FF0000>>>16>。 CMD[3]=((sector&0x0000FF00>>>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++。 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=0。 j j++> *buffer++=Read_Byte_SD(>。 } dvzfvkwMI1 6)扇区写 扇区写是SD卡驱动的另一目的。 每次扇区写操作将向SD卡的某个扇区中写入512个字节。 过程与扇区读相似,只是数据的方向相反与写入命令不同而已。 rqyn14ZNXI 扇区写的时序: 扇区写的程序例程: C程序 //----------------------------------------------------------------- 写512个字节到SD卡的某一个扇区中去返回0说明写入成功 //-----------------------------------------------------------------unsignedcharSD_write_sector(unsignedlongaddr,unsignedchar*Buffer> { unsignedchartmp,retry。 unsignedinti。 //命令24unsignedcharCMD[]={0x58,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF}。 addr=addr<<9。 //addr=addr*512 CMD[1]=((addr&0xFF000000>>>24>。 CMD[2]=((addr&0x00FF0000>>>16>。 CMD[3]=((addr&0x0000FF00>>>8>。 //写命令24到SD卡中去 retry=0。 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(
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