|
|
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)用開發(fā)系統(tǒng)中來，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，最核心的是它的時(shí)序，筆者在經(jīng)過了實(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，并對(duì)其讀寫速度進(jìn)行了評(píng)估。下面先來講解SD卡的讀寫時(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
| 類型
| 描述
| 名稱
| 類型
| 描述
| 1
| CD/DAT3
| IO或PP
| 卡檢測(cè)/
數(shù)據(jù)線3
| #CS
| I
| 片選
| 2
| CMD
| PP
| 命令/
回應(yīng)
| DI
| I
| 數(shù)據(jù)輸入
| 3
| VSS1
| S
| 電源地
| VSS
| S
| 電源地
| 4
| VDD
| S
| 電源
| VDD
| S
| 電源
| 5
| CLK
| I
| 時(shí)鐘
| SCLK
| I
| 時(shí)鐘
| 6
| VSS2
| S
| 電源地
| VSS2
| S
| 電源地
| 7
| DAT0
| IO或PP
| 數(shù)據(jù)線0
| DO
| O或PP
| 數(shù)據(jù)輸出
| 8
| DAT1
| IO或PP
| 數(shù)據(jù)線1
| RSV
|
|
| 9
| DAT2
| IO或PP
| 數(shù)據(jù)線2
| RSV
|
|
|
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卡支持兩種總線方式：SD方式與SPI方式。其中SD方式采用6線制，使用CLK、CMD、DAT0~DAT3進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。而SPI方式采用4線制，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SPI通道進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫。從應(yīng)用的角度來看，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，不光給開發(fā)上帶來方便，同時(shí)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(shì)，要解決這一問題，就要用SD方式，因?yàn)樗峁└蟮目偩�數(shù)據(jù)帶寬。SPI接口的選用是在上電初始時(shí)向其寫入第一個(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。
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：
命令的傳輸過程采用發(fā)送應(yīng)答機(jī)制，過程如下：
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
|
1
| 7
| 開始位，始終為0
| 6
| 參數(shù)錯(cuò)誤
| 5
| 地址錯(cuò)誤
| 4
| 擦除序列錯(cuò)誤
| 3
| CRC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
|
1
| 7 | 開始位，始終為0
| 6 | 參數(shù)錯(cuò)誤
| 5 | 地址錯(cuò)誤
| 4 | 擦除序列錯(cuò)誤
| 3 | CRC錯(cuò)誤
| 2 | 非法命令
| 1 | 擦除復(fù)位
| 0 | 閑置狀態(tài)
|
2
| 7 | 溢出，CSD覆蓋
| 6 | 擦除參數(shù)
| 5 | 寫保護(hù)非法
| 4 | 卡ECC失敗
| 3 | 卡控制器錯(cuò)誤
| 2 | 未知錯(cuò)誤
| 1 | 寫保護(hù)擦除跳過，鎖／解鎖失敗
| 0 | 鎖卡
|
字節(jié)
| 位
| 含義
|
1
| 7
| 開始位，始終為0
| 6
| 參數(shù)錯(cuò)誤
| 5
| 地址錯(cuò)誤
| 4
| 擦除序列錯(cuò)誤
| 3
| CRC錯(cuò)誤
| 2
| 非法命令
| 1
| 擦除復(fù)位
| 0
| 閑置狀態(tài)
| 2～5
| 全部
| 操作條件寄存器，高位在前
|
寫命令的例程：
//-----------------------------------------------------------------------------------------------
向SD卡中寫入命令，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;i<0x06;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)&&(retry<100));
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;i<0x0f;i++)
{
Write_Byte_SD(0xff); //發(fā)送至少74個(gè)時(shí)鐘信號(hào)
}
//向SD卡發(fā)送CMD0
retry=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)
{ //超過200次
return(INIT_CMD0_ERROR);//CMD0 Error!
}
}
while(temp!=1); //回應(yīng)01h，停止寫入
//發(fā)送CMD1到SD卡
CMD[0] = 0x41; //CMD1
CMD[5] = 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(yīng)00h停止寫入
Init_Flag=0; //初始化完畢，初始化標(biāo)志清零
SPI_CS=1; //片選無效
return(0); //初始化成功
}
3） 讀取CID
CID寄存器存儲(chǔ)了SD卡的標(biāo)識(shí)碼。每一個(gè)卡都有唯一的標(biāo)識(shí)碼。
CID寄存器長(zhǎng)度為128位。它的寄存器結(jié)構(gòu)如下：
名稱
| 域
| 數(shù)據(jù)寬度
| CID劃分
| 生產(chǎn)標(biāo)識(shí)號(hào)
| MID
| 8
| [127:120]
| OEM/應(yīng)用標(biāo)識(shí)
| OID
| 16
| [119:104]
| 產(chǎn)品名稱
| PNM
| 40
| [103:64]
| 產(chǎn)品版本
| PRV
| 8
| [63:56]
| 產(chǎn)品序列號(hào)
| PSN
| 32
| [55:24]
| 保留
| －
| 4
| [23:20]
| 生產(chǎn)日期
| MDT
| 12
| [19:8]
| CRC7校驗(yàn)合
| CRC
| 7
| [7:1]
| 未使用，始終為1
| －
| 1
| [0:0]
|
它的讀取時(shí)序如下：
與此時(shí)序相對(duì)應(yīng)的程序如下：
//------------------------------------------------------------------------------------
讀取SD卡的CID寄存器 16字節(jié) 成功返回0
//-------------------------------------------------------------------------------------
unsigned char Read_CID_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 bytes
return(temp);
}
4）讀取CSD
CSD（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(jié)構(gòu)如下：
名稱 | 域 | 數(shù)據(jù)寬度 | 單元類型 | CSD劃分 | CSD結(jié)構(gòu) | CSD_STRUCTURE | 2 | R | [127:126] | 保留 | - | 6 | R | [125:120] | 數(shù)據(jù)讀取時(shí)間1 | TAAC | 8 | R | [119:112] | 數(shù)據(jù)在CLK周期內(nèi)讀取時(shí)間2（NSAC*100） | NSAC | 8 | R | [111:104] | 最大數(shù)據(jù)傳輸率 | TRAN_SPEED | 8 | R | [103:96] | 卡命令集合 | CCC | 12 | R | [95:84] | 最大讀取數(shù)據(jù)塊長(zhǎng) | READ_BL_LEN | 4 | R | [83:80] | 允許讀的部分塊 | READ_BL_PARTIAL | 1 | R | [79:79] | 非線寫塊 | WRITE_BLK_MISALIGN | 1 | R | [78:78] | 非線讀塊 | READ_BLK_MISALIGN | 1 | R | [77:77] | DSR條件 | DSR_IMP | 1 | R | [76:76] | 保留 | - | 2 | R | [75:74] | 設(shè)備容量 | C_SIZE | 12 | R | [73:62] | 最大讀取電流@VDD min | VDD_R_CURR_MIN | 3 | R | [61:59] | 最大讀取電流@VDD max | VDD_R_CURR_MAX | 3 | R | [58:56] | 最大寫電流@VDD min | VDD_W_CURR_MIN | 3 | R | [55:53] | 最大寫電流@VDD max | VDD_W_CURR_MAX | 3 | R | [52:50] | 設(shè)備容量乘子 | C_SIZE_MULT | 3 | R | [49:47] | 擦除單塊使能 | ERASE_BLK_EN | 1 | R | [46:46] | 擦除扇區(qū)大小 | SECTOR_SIZE | 7 | R | [45:39] | 寫保護(hù)群大小 | WP_GRP_SIZE | 7 | R | [38:32] | 寫保護(hù)群使能 | WP_GRP_ENABLE | 1 | R | [31:31] | 保留 | - | 2 | R | [30:29] | 寫速度因子 | R2W_FACTOR | 3 | R | [28:26] | 最大寫數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度 | WRITE_BL_LEN | 4 | R | [25:22] | 允許寫的部分部 | WRITE_BL_PARTIAL | 1 | R | [21:21] | 保留 | - | 5 | R | [20:16] | 文件系統(tǒng)群 | FILE_OFRMAT_GRP | 1 | R/W | [15:15] | 拷貝標(biāo)志 | COPY | 1 | R/W | [14:14] | 永久寫保護(hù) | PERM_WRITE_PROTECT | 1 | R/W | [13:13] | 暫時(shí)寫保護(hù) | TMP_WRITE_PROTECT | 1 | R/W | [12:12] | 文件系統(tǒng) | FIL_FORMAT | 2 | R/W | [11:10] | 保留 | - | 2 | R/W | [9:8] | CRC | CRC | 7 | R/W | [7:1] | 未用，始終為1 | - | 1 |
| [0:0] |
讀取CSD 的時(shí)序：
相應(yīng)的程序例程如下：
//-----------------------------------------------------------------------------------------
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
unsigned char CMD[] = {0x49,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};
unsigned char temp;
temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16); //read 16 bytes
return(temp);
}
4） 讀取SD卡信息
綜合上面對(duì)CID與CSD寄存器的讀取，可以知道很多關(guān)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 in
u08 == C_SIZE / (2^(9-C_SIZE_MULT))
// SD卡的名稱
//-----------------------------------------------------------------------------------------------
void SD_get_volume_info()
{
unsigned char i;
unsigned char c_temp[5];
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.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;
// 獲取multiplier
vinf->sector_multiply = sectorBuffer.dat[9] & 0x03;
vinf->sector_multiply <<= 1;
vinf->sector_multiply += (sectorBuffer.dat[10] & 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->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; //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 name[6];
} 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。過程很簡(jiǎn)單，先寫入命令，在得到相應(yīng)的回應(yīng)后，開始數(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16
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 << 9; //sector = sector * 512
CMD[1] = ((sector & 0xFF000000) >>24 );
CMD[2] = ((sector & 0x00FF0000) >>16 );
CMD[3] = ((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 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;j<bytes;j++)
*buffer++ = Read_Byte_SD();
}
6） 扇區(qū)寫
扇區(qū)寫是SD卡驅(qū)動(dòng)的另一目的。每次扇區(qū)寫操作將向SD卡的某個(gè)扇區(qū)中寫入512個(gè)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(shí)序：
扇區(qū)寫的程序例程：
//--------------------------------------------------------------------------------------------
寫512個(gè)字節(jié)到SD卡的某一個(gè)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24
unsigned char CMD[] = {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 );
//寫命令24到SD卡中去
retry=0;
do
{ //為了可靠寫入，寫100次
tmp=Write_Command_SD(CMD);
retry++;
if(retry==100)
{
return(tmp); //send commamd Error!
}
}
while(tmp!=0);
//在寫之前先產(chǎn)生100個(gè)時(shí)鐘信號(hào)
for (i=0;i<100;i++)
{
Read_Byte_SD();
}
//寫入開始字節(jié)
Write_Byte_MMC(0xFE);
//現(xiàn)在可以寫入512個(gè)字節(jié)
for (i=0;i<512;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;
return(0);//寫入成功
}
此上內(nèi)容在筆者的實(shí)驗(yàn)中都已調(diào)試通過。單片機(jī)采用STC89LE單片機(jī)（SD卡的初始化電壓為2.0V~3.6V，操作電壓為3.1V~3.5V，因此不能用5V單片機(jī)，或進(jìn)行分壓處理），工作于22.1184M的時(shí)鐘下，由于所采用的單片機(jī)中沒硬件SPI，采用軟件模擬SPI，因此讀寫速率都較慢。如果要半SD卡應(yīng)用于音頻、視頻等要求高速場(chǎng)合，則需要選用有硬件SPI的控制器，或使用SD模式，當(dāng)然這就需要各位讀者對(duì)SD模式加以研究，有了SPI模式的基礎(chǔ)，SD模式應(yīng)該不是什么難事。
|
|
