SD卡在單片機(jī)上的應(yīng)用以及SD卡引腳 電路圖及工作原理介紹.doc

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(kāi)發(fā)系統(tǒng)中來(lái)，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(xiě)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(xiě)，最核心的是它的時(shí)序，筆者在經(jīng)過(guò)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(xiě)，并對(duì)其讀寫(xiě)速度進(jìn)行了評(píng)估。下面先來(lái)講解SD卡的讀寫(xiě)時(shí)序。1） SD卡的引腳定義： SD卡引腳功能詳述：引腳編號(hào)SD模式 SPI模式名稱(chēng)類(lèi)型描述名稱(chēng)類(lèi)型描述1CD/DAT3IO或PP卡檢測(cè)/數(shù)據(jù)3#CSI片選2CMDPP命令/回應(yīng)DII數(shù)據(jù)輸入3VSS1S電源地VSSS電源地4VDDS電源VDDS電源5CLKI時(shí)鐘SCLKI時(shí)鐘6VSS2S電源地VSS2S電源地7DAT0IO或PP數(shù)據(jù)線(xiàn)0DOO或PP數(shù)據(jù)輸出8DAT1IO或PP數(shù)據(jù)線(xiàn)1RSV 9DAT2IO或PP數(shù)據(jù)線(xiàn)2RSV 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(xiàn)方式：SD方式與SPI方式。其中SD方式采用6線(xiàn)制，使用CLK、CMD、DAT0DAT3進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。而SPI方式采用4線(xiàn)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(xiě)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(guò)SPI通道進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)。從應(yīng)用的角度來(lái)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(kāi)發(fā)上帶來(lái)方便，同時(shí)也見(jiàn)降低了開(kāi)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(wèn)題，就要用SD方式，因?yàn)樗峁└蟮目偩€(xiàn)數(shù)據(jù)帶寬。SPI接口的選用是在上電初始時(shí)向其寫(xiě)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(xiě)。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(guò)程采用發(fā)送應(yīng)答機(jī)制，過(guò)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 17開(kāi)始位，始終為06參數(shù)錯(cuò)誤5地址錯(cuò)誤4擦除序列錯(cuò)誤3CRC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 17開(kāi)始位，始終為06參數(shù)錯(cuò)誤5地址錯(cuò)誤4擦除序列錯(cuò)誤3CRC錯(cuò)誤2非法命令1擦除復(fù)位0閑置狀態(tài) 27溢出，CSD覆蓋6擦除參數(shù)5寫(xiě)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(xiě)保護(hù)擦除跳過(guò)，鎖解鎖失敗0鎖卡寫(xiě)命令的例程：/- 向SD卡中寫(xiě)入命令，并返回回應(yīng)的第二個(gè)字節(jié)/-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(gè)時(shí)鐘信號(hào) 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;i0x06;i+) Write_Byte_SD(*CMD+); /獲得16位的回應(yīng) Read_Byte_SD(); /read the first byte,ignore it. do /讀取后8位 tmp = Read_Byte_SD(); retry+; while(tmp=0xff)&(retry100); return(tmp);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(guò)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(kāi)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(xiě)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：/- 初始化SD卡到SPI模式/-unsigned char 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(dòng)端口 Init_Flag=1; /將初始化標(biāo)志置1 for (i=0;isector_count = sectorBuffer.dat6 & 0x03; vinf-sector_count sector_count += sectorBuffer.dat7; vinf-sector_count sector_count += (sectorBuffer.dat8 & 0xc0) 6; / 獲取multiplier vinf-sector_multiply = sectorBuffer.dat9 & 0x03; vinf-sector_multiply sector_multiply += (sectorBuffer.dat10 & 0x80) 7;/獲取SD卡的容量 vinf-size_MB = vinf-sector_count (9-vinf-sector_multiply); / get the name of the card Read_CID_SD(sectorBuffer.dat); vinf-name0 = sectorBuffer.dat3; vinf-name1 = sectorBuffer.dat4; vinf-name2 = sectorBuffer.dat5; vinf-name3 = sectorBuffer.dat6; vinf-name4 = sectorBuffer.dat7; vinf-name5 = 0x00; /end flag 以上程序?qū)⑿畔⒀b載到一個(gè)結(jié)構(gòu)體中，這個(gè)結(jié)構(gòu)體的定義如下：typedef struct SD_VOLUME_INFO /SD/SD Card info unsigned int size_MB; unsigned char sector_multiply; unsigned int sector_count; unsigned char name6; VOLUME_INFO_TYPE;5） 扇區(qū)讀扇區(qū)讀是對(duì)SD卡驅(qū)動(dòng)的目的之一。SD卡的每一個(gè)扇區(qū)中有512個(gè)字節(jié)，一次扇區(qū)讀操作將把某一個(gè)扇區(qū)內(nèi)的512個(gè)字節(jié)全部讀出。過(guò)程很簡(jiǎn)單，先寫(xiě)入命令，在得到相應(yīng)的回應(yīng)后，開(kāi)始數(shù)據(jù)讀取。扇區(qū)讀的時(shí)序： 扇區(qū)讀的程序例程：unsigned char SD_Read_Sector(unsigned long sector,unsigned char *buffer) unsigned char retry; /命令17 unsigned char CMD = 0x51,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF; unsigned char temp; /地址變換 由邏輯塊地址轉(zhuǎn)為字節(jié)地址 sector = sector 24 ); CMD2 = (sector & 0x00FF0000) 16 ); CMD3 = (sector & 0x0000FF00) 8 ); /將命令17寫(xiě)入SD卡 retry=0; do /為了保證寫(xiě)入命令 一共寫(xiě)100次 temp=Write_Command_MMC(CMD); retry+; if(retry=100) return(READ_BLOCK_ERROR); /block write Error! while(temp!=0); /Read Start 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;jBytes;j+) *buffer+ = Read_Byte_SD();6） 扇區(qū)寫(xiě)扇區(qū)寫(xiě)是SD卡驅(qū)動(dòng)的另一目的。每次扇區(qū)寫(xiě)操作將向SD卡的某個(gè)扇區(qū)中寫(xiě)入512個(gè)字節(jié)。過(guò)程與扇區(qū)讀相似，只是數(shù)據(jù)的方向相反與寫(xiě)入命令不同而已。 扇區(qū)寫(xiě)的時(shí)序： 扇區(qū)寫(xiě)的程序例程：/- 寫(xiě)512個(gè)字節(jié)到SD卡的某一個(gè)扇區(qū)中去 返回0說(shuō)明寫(xiě)入成功/-unsigned char SD_write_sector(unsigned long addr,unsigned char *Buffer) unsigned char tmp,retry; unsigned int i; /命令24 unsigned char CMD = 0x58,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF; addr = addr 24 ); CMD2 = (addr & 0x00FF0000) 16 ); CMD3 = (addr & 0x0000FF00) 8 ); /寫(xiě)命令24到SD卡中去 retry=0; do /為了可靠寫(xiě)入，寫(xiě)100次 tmp=Write_Command_SD(CMD); retry+; if(retry=100) return(tmp); /send commamd Error! while(tmp!=0); /在寫(xiě)之前先產(chǎn)生100個(gè)時(shí)鐘信號(hào) for (i=0;i100;i+) Read_Byte_SD(); /寫(xiě)入開(kāi)始字節(jié) Write_Byte_MMC(0xFE); /現(xiàn)在可以寫(xiě)入512個(gè)字節(jié) for (i=0;i512;i+) Write_Byte_MMC(*Buffer+); /CRC-Byte Write_Byte_MMC(0xFF); /Dummy CRC Write_Byte_MMC(0xFF); /CRC Code tmp=Read_Byte_MMC(); / read response if(tmp & 0x1F)!=0x05) / 寫(xiě)入的512個(gè)字節(jié)是未被接受 SPI_CS=1; return(WRITE_BLOCK_ERROR); /Error! /等到SD卡不忙為止/因?yàn)閿?shù)據(jù)被接受后，SD卡在向儲(chǔ)存陣列中編程數(shù)據(jù) while (Read_Byte_MMC()!=0xff); /禁止SD卡 SPI_CS=1;