GD32F3開發(fā)進(jìn)階教程 課件 ch07讀寫SD卡實(shí)驗(yàn)

讀寫SD卡實(shí)驗(yàn)“第七章《GD32F3開發(fā)進(jìn)階教程——基于GD32F303ZET6》01實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本章的主要內(nèi)容是學(xué)習(xí)SDIO結(jié)構(gòu)、協(xié)議等內(nèi)容，包括SD卡及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、SD卡與微控制器傳輸方面的內(nèi)容、SD卡有關(guān)的狀態(tài)位、SD卡的操作模式、SDIO接傳輸數(shù)據(jù)的格式。最后基于GD32F3蘋果派開發(fā)板設(shè)計(jì)一個(gè)讀寫SD卡實(shí)驗(yàn)，通過LCD顯示屏上的GUI界面，實(shí)現(xiàn)讀寫SD卡。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容02實(shí)驗(yàn)原理SDIO是SecureDigitalImputandOutput的縮寫，即安全的數(shù)字輸入/輸出接口。它是在SD卡協(xié)議基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種I/0接口，該接口提供AHB系統(tǒng)總線與SD存儲(chǔ)卡、SDIO卡MMC卡等類型設(shè)備和CE-ATA設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。SDIO模塊SDIO模塊GD32F3蘋果派開發(fā)板具有SDIO接口通過該接口可實(shí)現(xiàn)微控制器與SD存儲(chǔ)卡設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。開發(fā)板上的TF卡座電路原理圖如圖7-1所示。SDIO結(jié)構(gòu)框圖SDIO結(jié)構(gòu)框圖如圖7-2所示,GD32F3果派開發(fā)板的SDIO控制器由AHB接口和SDIO適配器組成。SDIO與SD卡之間通過6條線進(jìn)行通信，分別為1條時(shí)鐘線、1條命令線和4條數(shù)據(jù)線如圖7-2的右側(cè)部分所示。其中，時(shí)鐘線上傳輸SDIO發(fā)出的時(shí)鐘信號(hào)，根據(jù)傳輸協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸在CLK時(shí)鐘線的上升沿有效。命令線上傳輸SDIO發(fā)送至SD卡的命令，以及SD卡發(fā)送至主機(jī)的響應(yīng)。SDIO協(xié)議用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)線的數(shù)目分為1條、4條和8條，本實(shí)驗(yàn)使用的數(shù)據(jù)線數(shù)目為4條。SDIO結(jié)構(gòu)框圖SD卡結(jié)構(gòu)框圖SD卡結(jié)構(gòu)框圖如圖7-3所示。包括5個(gè)部分:存儲(chǔ)單元用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，SD卡讀寫以塊為單位，一個(gè)塊的大小為512字節(jié)，存儲(chǔ)空間為64MB的SD卡共有64x1024x1024/512=131072塊:存儲(chǔ)單元接口是存儲(chǔ)單元與卡控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?，電源檢測用于保證SD卡在合適的電壓下工作，在加電時(shí)復(fù)位控制單元和存儲(chǔ)單元接口;卡及接口控制單元通過8個(gè)寄存器控制并記錄SD卡的運(yùn)行狀態(tài);接口驅(qū)動(dòng)器被接口控制單元控制，完成SD卡引腳的輸入/輸出。SD卡結(jié)構(gòu)框圖SD卡結(jié)構(gòu)框圖卡及接口控制單元包含8個(gè)寄存器，對各個(gè)寄存器的描述如表7-1所示。寄存器各個(gè)位的具體描述可參見文檔《SD2.0協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)完整版》(位于本書配套資料包“09.參考資料07.讀寫SD卡實(shí)驗(yàn)參考資料”文件夾下)中的第5章。SDIO傳輸內(nèi)容1.命令SDI發(fā)送至SD卡的命可根據(jù)發(fā)送范圍及是否接收響應(yīng)分為4種類型如表7-2所示。命令可分為通用命令(CMD)和應(yīng)用命令(ACMD)，應(yīng)用命令是SD卡制造商特定的命令，發(fā)送應(yīng)用命令的方法為先通過CMD線發(fā)送CMD55命令，再發(fā)送CMDx命令，此時(shí)SD卡將其視為SDIO的ACMDx命令。SDIO傳輸內(nèi)容SDIO傳輸內(nèi)容主機(jī)發(fā)送至SD卡的命令在CMD線上行傳輸，傳輸格式如圖7-4所示。SDIO傳輸內(nèi)容2、響應(yīng)SD卡發(fā)送至主機(jī)的響應(yīng)分為7種類型，如表7-3所示。SD卡狀態(tài)信息卡狀態(tài)在響應(yīng)R1(普通命令響應(yīng))中標(biāo)識(shí)，卡狀態(tài)標(biāo)志位儲(chǔ)存于如圖7-4所示的大小為32位的參數(shù)項(xiàng)中，當(dāng)發(fā)送的命令要求R1響應(yīng)時(shí)，卡狀態(tài)標(biāo)志位會(huì)隨著響應(yīng)發(fā)出。部分卡狀態(tài)標(biāo)志位如表7-4所示。SD卡狀態(tài)信息其中，類型和清除條件的縮寫說明如表7-5和表7-6所示。SD卡狀態(tài)信息SD狀態(tài)中包含與SD卡屬性功能相關(guān)的狀態(tài)位，該狀態(tài)位大小為512字節(jié)，儲(chǔ)存于SSR寄存器中。當(dāng)主機(jī)發(fā)送ACMD13命令至SD卡后，SD狀態(tài)會(huì)通過DATT3:01線發(fā)送給主機(jī)。部分SD狀態(tài)標(biāo)志位如表7-7所示。SD卡從插入開發(fā)板上的卡槽到結(jié)束傳輸數(shù)據(jù)共經(jīng)過兩種模式:卡識(shí)別模式和數(shù)據(jù)傳輸模式?？ㄗR(shí)別模式包含卡從空閑狀態(tài)到待機(jī)狀態(tài)的過程。當(dāng)SD卡插入主機(jī)并上電時(shí)，首先處于空閑狀態(tài)，主機(jī)通過不同命令檢測SD卡的相應(yīng)參數(shù)，并根據(jù)參數(shù)使SD卡最終處于待機(jī)狀態(tài)或無效狀態(tài)?？ㄗR(shí)別模式階段的時(shí)鐘頻率用FOD表示，最高為400kHz，其狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖7-5所示。SD卡操作模式SD卡操作模式SD卡操作模式卡識(shí)別模式狀態(tài)的說明如表7-8所示。SD卡操作模式數(shù)據(jù)傳輸模式的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖7-6所示。SD卡操作模式數(shù)據(jù)傳輸模式的狀態(tài)說明如表7-9所示。SDIO總線協(xié)議SDIO總線協(xié)議如圖7-7所示，SDIO接口間的通信通常由主機(jī)發(fā)送命令，從機(jī)接收后執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作并做出響應(yīng)。SDIO數(shù)據(jù)包格式SDIO數(shù)據(jù)包有兩種格式:常規(guī)數(shù)據(jù)包格式和寬位數(shù)據(jù)包格式。一般數(shù)據(jù)塊的發(fā)送采用常規(guī)數(shù)據(jù)包格式，如圖7-8所示，先發(fā)送高字節(jié)再發(fā)送低字節(jié)，先發(fā)高位字節(jié)再發(fā)低位字節(jié)，通過4根數(shù)據(jù)線，按照DAT3~DATO的順序同步傳輸。SDIO數(shù)據(jù)包格式寬位數(shù)據(jù)包格式應(yīng)用于發(fā)送SD卡的SSR寄存器512字節(jié)時(shí)在接收ACMD13命令后，SD卡將該寄存器的內(nèi)容通過寬位數(shù)據(jù)包格式發(fā)送，如圖7-9所示4根數(shù)據(jù)線按DAT3~DAT的順序?qū)⒓拇嫫鞯?12字節(jié)數(shù)據(jù)按從高位到低位的順序發(fā)送。03實(shí)驗(yàn)代碼解析0102ReadWriteSDCard.h文件：在ReadWriteSDCardh文件的“API函數(shù)聲明”區(qū)，聲明了2個(gè)API函數(shù)。ReadWriteSDCard.c文件：在ReadWriteSDCard.c文件的“包含頭文件”區(qū)，包含了SDCardh和LCD.h等頭文件SDCard.c文件包含對SD卡的塊進(jìn)行讀寫的函數(shù)，ReadWriteSDCard.c文件需要通過調(diào)用這些函數(shù)完成對SD卡的讀寫，因此需要包含SDCard.h頭文件。由于地址、數(shù)據(jù)等信息都通過LCD屏顯示，因此，還需要包含LCD.h頭文件。ReadWriteSDCard文件對下面按照順序解釋說明Read函數(shù)中的語句。(1)第8至13行代碼:由于SD卡是通過塊讀寫傳輸數(shù)據(jù)的，因此Read函數(shù)首先通過while語句獲得讀取地址相對應(yīng)的數(shù)據(jù)塊的首地址及相應(yīng)的偏移地址。(2)第16至38行代碼:設(shè)置數(shù)據(jù)保存的緩沖區(qū)bu，并根據(jù)偏移地址計(jì)算需要讀取的長度len，通過while語句，先計(jì)算剩余讀取長度，再將當(dāng)前讀取地址對應(yīng)的數(shù)據(jù)塊通過sdblockread函數(shù)讀取至數(shù)據(jù)緩沖區(qū)buff。ReadWriteSDCard文件對下面按照順序解釋說明Write函數(shù)中的語句。(1)第7至11行代碼:通過while語獲得寫入地址相應(yīng)的數(shù)據(jù)塊的首地址和偏移地址。(2)第14至20行代碼:調(diào)用sdblockread函數(shù)將入地址對應(yīng)的數(shù)據(jù)塊讀出，并存入緩沖區(qū)，修改寫入地址對應(yīng)的數(shù)據(jù)后，將整個(gè)數(shù)據(jù)塊重新寫入。ReadWriteSDCard文件對下面按照順序解釋說明ReadSDCard函數(shù)中的語句。(1)第8行代碼:根據(jù)變量senumSDCardStatus檢測SD卡是否插入。(2)第11至31行代碼:若SD卡已插入，則校驗(yàn)地址是否位于正常范圍，若處于正常范圍則顯示讀取信息后通過Read函數(shù)從SD卡中讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)并輸出否則將地址錯(cuò)誤的信息輸出至LCD屏及串口助手。(3)第40至44行代碼:若SD卡未插入，則在LCD屏及口助手輸出SD卡未插入的提示。ReadWriteSDCard文件對下面按照順序解釋說明IitSDCard函數(shù)中的語句。(1)第7至12行代碼:通過sdinit函數(shù)初始化SD卡，并根據(jù)返回值判斷初始化結(jié)果若初始化失敗則執(zhí)行相應(yīng)函數(shù)體后重新初始化，直到初始化成功，輸出初始化成功的信息至串口助手。(2)第15至18行代碼:獲取并輸出SD卡信息。(3)第21至34行代碼:選中準(zhǔn)備讀寫的SD卡并檢測其是否被鎖死若SD卡被鎖死則輸出“SDcardislocked!”并執(zhí)行相應(yīng)函數(shù)。(4)第37至43行代碼:若未鎖死則設(shè)置SD卡傳輸模式為4線模式及DMA傳輸模式并使能SDIO的中斷以保證SD卡正常的數(shù)據(jù)傳輸。ReadWriteSDCard文件對下面按照順序解釋說明InitReadWriteSDCard函數(shù)中的語句。(1)第4至13行代碼:調(diào)用內(nèi)部函數(shù)InitSDCard初始化SD卡，并對SD卡首地址、結(jié)束地址等變量賦值。(2)第16至19行代碼:將SD卡讀寫函數(shù)的地址賦給GUI結(jié)構(gòu)體sstructGUIDev中的成員變量writeCallback和readCallback，此時(shí)，微控制器可根據(jù)GUI的操作，調(diào)用相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)完成SD卡的讀寫。(3)第22至30行代碼:通過IitGUI函數(shù)初始化GUI界面和相應(yīng)的界面參數(shù)并將SD卡讀寫地址范圍顯示在LCD屏及串口助手上。ReadWriteSDCard文件對下面按照順序解釋說明ReadWriteSDCardTask函數(shù)中的語句。(1)第8至14行代碼:每隔1s調(diào)用一次sddetect函數(shù)檢查卡是否正常插入。(2)第17至28行代碼:根據(jù)標(biāo)志位status判斷上一次檢測到SD卡未正常插入，而此次檢測為正常插入，即SD卡被重新插入的情況是否出現(xiàn)，若出現(xiàn)該情況則等待SD卡插入穩(wěn)定后，再調(diào)用InitSDCard函數(shù)初始化SD卡。(3)第29行代碼:若檢測失敗，即SD卡未正常插入，則將失敗標(biāo)志位賦給變量senumSDCardStatus后繼續(xù)執(zhí)行讀寫SD卡任務(wù)，此時(shí)單擊LCD屏上的write或read按鈕顯示“Write:SDcardnotinserted”或“Read:SDcardnotinserted”等信息。ReadWriteSDCard文件對010203sd_init函數(shù)用于完成SD卡的卡識(shí)別模式。sd_card_init函數(shù)用于取卡信息和卡識(shí)別狀態(tài)，即CID信息和CSD信息。sd_power_on函數(shù)用于完成基本的SD卡識(shí)別。SDCard.c文件010203sd_block_reaad函數(shù)用于對SD卡讀出一個(gè)塊，即512字節(jié)的數(shù)據(jù)。sd_card_write函數(shù)用于向SD卡寫入一個(gè)塊的數(shù)據(jù)。sd_erase函數(shù)用于擦除SD卡上相應(yīng)區(qū)域。SDCard.c文件Main.c文件Proc2msTask函數(shù)的實(shí)現(xiàn)代碼如程序清單7-10所示調(diào)用了ReadWriteSDCardTask函數(shù)ReadWriteSDCardTask函數(shù)每40ms檢測一次SD卡和GUI界面，以實(shí)現(xiàn)讀寫SD卡。實(shí)驗(yàn)結(jié)果將SD卡插入GD32F3蘋果派開發(fā)板的TF卡座，下載程序并進(jìn)行復(fù)位?？梢杂^察到開發(fā)板上的LCD屏顯示如圖7-10所示的GUI界面