SD卡引腳定義-電路-基本原理.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(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，并對(duì)其讀寫速度進(jìn)行了評(píng)估。下面先來(lái)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、DAT0DAT3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(guò)SPI通道進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫。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，不光給開發(fā)上帶來(lái)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(wèn)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(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 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(guò)，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) 25 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;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;isector_count = sectorBuffer.dat6 & 0x03;vinf-sector_count sector_count += sectorBuffer.dat7;vinf-sector_count sector_count += (sectorBuffer.dat8 & 0xc0) 6;/ 獲取multipliervinf-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 cardRead_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 24 ); CMD2 = (sector & 0x00FF0000) 16 ); CMD3 = (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;jBytes;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(guò)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(shuō)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 24 ); CMD2 = (addr & 0x00FF0000) 16 ); CMD3 = (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;i100;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;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