RISC-V MCU開發實戰 (二)：SD初應用

ID:809235 · 發表于 2021-10-27 14:35

軟件平臺： MounRiver Studio(MRS)，硬件平臺：CH32V103開發板，以及一張小于32G SD卡。

1、SD卡簡介

SD存儲卡( Secure Digital Memory Card)是一種基于半導體快閃存儲器的新一代高速存儲設備。SD存儲卡的技術是從MMC卡( MultiMedia Card格式上發展而來，在兼容SD存儲卡基礎上發展了SDIO( SD Input/ Output)卡，此兼容性包括機械，電子，電力，信號和軟件，通常將SD、SDIO卡俗稱SD存儲卡。

SD卡具有高記憶容量、快速數據傳輸率、極大的移動靈活性以及很好的安全性，它被廣泛地應用于便攜式裝置上，例如數碼相機、平板電腦和多媒體播放器等。根據SD卡容量大小不同，可將SD卡分為以下幾類：
0~2G：SD卡；2~32G：SDHC卡；32~2T：SDXC卡；

其中，SD卡協議和SDHC卡版本協議基本兼容，但SDXC卡與SD卡和SDHC卡相差較大，本文主要介紹使用SD卡和SDHC卡。
控制器對SD卡進行讀寫通信操作一般有兩種通信接口可選，一種是SPI接口，另外一種是SDIO接口。 SPI協議驅動SD卡方式相較于SDIO驅動SD卡方式，使用引腳資源少，控制程序相對較為簡單，但傳輸速度不如使用SDIO接口的快。由于CH32V103開發板上SD卡槽與芯片引腳的連接方式為SPI驅動方式，因此本文采用SPI協議驅動SD卡方式。

使用SPI方式驅動SD卡需要用到以下幾個寄存器：
①　CID：卡識別號（Card identification number），用來識別卡的唯一的個體號碼；
②　CSD：卡的特定數據（Card Specific Data），指卡的操作條件信息；
③　SCR：SD配置寄存器（SD Configuration Register），SD卡特殊性信息；
④　OCR：操作條件寄存器（Operation conditions register）
關于SD卡其他寄存器信息，可參考SD 簡易規格文件《 Physical Layer Simplified Specification V2.0》。
關于SD命令格式，固定為48bit，通過命令線（CMD）連續傳輸，其具體命令格式以及命令解釋如下：

起始位和終止位：命令的主體包含在起始位與終止位之間，它們都只包含一個數據位，起始位為0，終止位為1。
傳輸標志：用于區分傳輸方向，該位為1時表示命令，方向為主機傳輸到SD卡，該位為0時表示響應，方向為SD卡傳輸到主機。
命令主體內容包括命令、地址信息/參數和 CRC 校驗三個部分。
1)命令號：它固定占用6bit，所以總共有64個命令(代號： CMD0~CMD63)，每個命令都有特定的用途，部分命令不適用于SPI總線，或不適用于SD卡操作，只是專門用于MMC卡或者SDI/O卡。
2)地址/參數：每個命令有32bit地址信息/參數用于命令附加內容，例如，廣播命令沒有地址信息，這32bit用于指定參數，而尋址命令這32bit用于指定目標SD卡的地址，使用SPI總線驅動時，通過片選引腳來選擇不同的卡，所以使用這些命令時地址可填充任意值。
3)CRC7校驗：長度為7bit的校驗位用于驗證命令傳輸內容正確性，如果發生外部干擾導致傳輸數據個別位狀態改變將導致校準失敗，也意味著命令傳輸失敗，SD卡不執行命令。使用SPI驅動時，命令中的CRC7校驗默認是關閉的，即這CRC7校驗位中可以寫入任意值而不影響通訊，僅在發送CMD0命令時需要強制帶標準的CRC7校驗。
SPI模式下有以下幾個重要的操作指令：

SD卡R1響應格式如下：

關于SD卡具體信息，可參考《 Physical Layer Simplified Specification V2.0》。
2、MRS中開發流程
1）首先新建一個CH32V103C8T6 的工程，這個要與對應芯片對應

上圖最下方紅框中是對選中芯片的資源的簡單介紹，方便查詢

2) 新建完工程之后，我們打開main.c文件，可以看到主函數只是一些初始化和串口打印，我們自己的主函數邏輯可以添加在打印下面就可以了；
3) 新建一個hardware的文件夾，右鍵工程new->folder,填寫文件名，點擊finish即可，我們可以以同樣的方式在hardware目錄下再新建SD目錄，SPI目錄，條理清晰。
4) 在SPI目錄下，New>Source File，填寫文件名spi.c，內容是SPI初始化函數以及讀寫函數，在新建個spi.h文件用來聲明函數，這個新的頭文件需要添加到頭文件尋址路徑中，點擊菜單欄工程屬性頁按鈕，在彈出的頁面中，如下圖，點擊綠色加號添加路徑即可

部分代碼截圖如下，有詳細注釋，不再贅述

5) 在 SD目錄下新建sd.c ,sd.h,添加頭文件路徑方式與上條一致，sd.h文件主要包括各種宏定義及函數聲明，包括SD卡類型定義、SD卡指令定義等以及函數聲明；
sd.c文件主要進行SD初始化等操作，關于SD卡初始化函數SD_Initialize，其具體操作流程如下：
（1）調用SD_SPI_Init函數初始化GPIO口及SPI工作模式，同時控制片選引腳使之輸出高電平；
（2）利用for循環并調用SD_SPI_ReadWriteByte函數進行10讀寫操作，，同時產生80個時鐘信號，滿足SD卡初始化至少需要74個時鐘的要求；
（3）調用SD_SendCmd函數發送CMD0命令，復位SD卡同時進入空閑狀態；
（4）調用SD_SendCmd函數發送相關命令對SD卡版本類型進行判斷，同時返回響應信息。
關于sd.c文件中其他函數，程序中都有相應注釋，可結合注釋以及《 Physical Layer Simplified Specification V2.0》手冊進行理解。

部分代碼如下：

6) main.c文件主要進行相關函數初始化以及SD卡插入檢測、初始化檢測以及讀取SD卡容量大小

7) 在工具欄中點擊編譯按鈕，進行編譯，生成二進制文件，開發環節結束
3、驗證
點擊菜單欄下載按鈕，進行下載，插入SD卡，從串口助手可以看到輸出正常

ID:955654 · 發表于 2022-4-27 16:18

您好，請問有完整的源碼嗎

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RISC-V MCU開發實戰 (二)：SD初應用

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