SD卡在單片機(jī)上的應(yīng)用

SD卡在現(xiàn)在的日常生活與工作中使用非常廣泛，時下已經(jīng)成為最為通用的數(shù)據(jù)存儲卡。在諸如MP3、數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備上也都采用SD卡作為其存儲設(shè)備。SD卡之所以得到如此廣泛的使用，是因?yàn)樗鼉r格低廉、存儲容量大、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SD卡的硬件與讀寫時序進(jìn)行研究。對于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)的存儲器結(jié)構(gòu)、存儲單元組織方式等內(nèi)容。要實(shí)現(xiàn)對它的讀寫，最核心的是它的時序，筆者在經(jīng)過了實(shí)際的測試后，使用51單片機(jī)成功實(shí)現(xiàn)了對SD卡的扇區(qū)讀寫，并對其讀寫速度進(jìn)行了評估。下面先來講解SD卡的讀寫時序。

（1） SD卡的引腳定義

SD卡引腳功能詳述：

注：S：電源供給 I：輸入 O：采用推拉驅(qū)動的輸出

PP：采用推拉驅(qū)動的輸入輸出

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方式時的數(shù)據(jù)傳輸速度與SPI方式要快，采用單片機(jī)對SD卡進(jìn)行讀寫時一般都采用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。這里只對其SPI方式進(jìn)行介紹。

（2）SPI方式驅(qū)動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，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向其寫入第一個命令時進(jìn)行的。以下介紹SD卡的驅(qū)動方法，只實(shí)現(xiàn)簡單的扇區(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：

寫命令的例程：

//-------------------------------------------------------------------------
向SD卡中寫入命令，并返回回應(yīng)的第二個字節(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個時鐘信號
    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。在初始化過程中，SPI的時鐘不能太快，否則會造初始化失敗。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個時鐘信號，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。隨后就是寫入兩個命令CMD0與CMD1，使SD卡進(jìn)入SPI模式

初始化時序圖：

初始化例程：

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初始化SD卡到SPI模式 
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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)動端口
    Init_Flag=1; //將初始化標(biāo)志置1
    for (i=0;i0x0f;i++) 
    { 
        Write_Byte_SD(0xff); //發(fā)送至少74個時鐘信號
    } 
    //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寄存器存儲了SD卡的標(biāo)識碼。每一個卡都有唯一的標(biāo)識碼。

CID寄存器長度為128位。它的寄存器結(jié)構(gòu)如下：

它的讀取時序如下：