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51單片機實現(xiàn)對SD卡的讀寫

作者： 時間：2016-11-25 來源：網(wǎng)絡 收藏
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)碼相機等設備上也都采用SD卡作為其存儲設備。 SD卡之所以得到如此廣泛的使用，是因為它價格低廉、存儲容量大、使用方便、通用性與安全性強等優(yōu)點。既然它有著這么多優(yōu)點，那么如果將它加入到單片機應 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行研究。對于SD卡的硬件結構，在官方的文檔上有很詳細的介紹，如SD卡內(nèi)的 存儲器結構、存儲單元組織方式等內(nèi)容。要實現(xiàn)對它的讀寫，最核心的是它的時序，筆者在經(jīng)過了實際的測試后，使用51單片機成功實現(xiàn)了對SD卡的扇區(qū)讀寫， 并對其讀寫速度進行了評估。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：

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/201611/321134.htm
引腳
編號
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/
數(shù)據(jù)線3
#CS
I
片選
2
CMD
PP
命令/
回應
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
時鐘
SCLK
I
時鐘
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進行數(shù)據(jù)通信。而SPI方式采用4線 制，使用CS、CLK、DataIn、DataOut進行數(shù)據(jù)通信。SD方式時的數(shù)據(jù)傳輸速度與SPI方式要快，采用單片機對SD卡進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通道進行數(shù)據(jù)讀寫。從應用的角度來看，采用SPI接口的好處在于，很多單片機內(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，因為它提供更大的總線數(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行的。以下介紹SD卡的驅(qū)動方法，只實現(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)，以實現(xiàn)各項操作。命令格式如下：

命令的傳輸過程采用發(fā)送應答機制，過程如下：

每一個命令都有自己命令應答格式。在SPI模式中定義了三種應答格式，如下表所示：

字節(jié)
位
含義
1
7
開始位，始終為0
6
參數(shù)錯誤
5
地址錯誤
4
擦除序列錯誤
3
CRC錯誤
2
非法命令
1
擦除復位
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)錯誤
5
地址錯誤
4
擦除序列錯誤
3
CRC錯誤
2
非法命令
1
擦除復位
0
閑置狀態(tài)
2
7
溢出，CSD覆蓋
6
擦除參數(shù)
5
寫保護非法
4
卡ECC失敗
3
卡控制器錯誤
2
未知錯誤
1
寫保護擦除跳過，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)錯誤
5
地址錯誤
4
擦除序列錯誤
3
CRC錯誤
2
非法命令
1
擦除復位
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：

  1. //-----------------------------------------------------------------------------------------------
  2. 向SD卡中寫入命令，并返回回應的第二個字節(jié)
  3. //-----------------------------------------------------------------------------------------------
  4. unsignedcharWrite_Command_SD(unsignedchar*CMD)
  5. {
  6. unsignedchartmp;
  7. unsignedcharretry=0;
  8. unsignedchari;
  10. //禁止SD卡片選
  11. SPI_CS=1;
  12. //發(fā)送8個時鐘信號
  13. Write_Byte_SD(0xFF);
  14. //使能SD卡片選
  15. SPI_CS=0;
  17. //向SD卡發(fā)送6字節(jié)命令
  18. for(i=0;i<0x06;i++)
  19. {
  20. Write_Byte_SD(*CMD++);
  21. }
  23. //獲得16位的回應
  24. Read_Byte_SD();//readthefirstbyte,ignoreit.
  25. do
  26. {//讀取后8位
  27. tmp=Read_Byte_SD();
  28. retry++;
  29. }
  30. while((tmp==0xff)&&(retry<100));
  31. return(tmp);
  32. }

2）初始化
SD卡的初始化是非常重要的，只有進行了正確的初始化，才能進行后面的各項操作。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。在很多讀者的實驗中，很多是因為疏忽了這一點，而使初始化不成功。隨后 就是寫入兩個命令CMD0與CMD1，使SD卡進入SPI模式
初始化時序圖：


初始化例程：

  1. //--------------------------------------------------------------------------
  2. 初始化SD卡到SPI模式
  3. //--------------------------------------------------------------------------
  4. unsignedcharSD_Init()
  5. {
  6. unsignedcharretry,temp;
  7. unsignedchari;
  8. unsignedcharCMD[]={0x40,0x00,0x00,0x00,0x00,0x95};
  9. SD_Port_Init();//初始化驅(qū)動端口
  11. Init_Flag=1;//將初始化標志置1
  13. for(i=0;i<0x0f;i++)
  14. {
  15. Write_Byte_SD(0xff);//發(fā)送至少74個時鐘信號
  16. }
  18. //向SD卡發(fā)送CMD0
  19. retry=0;
  20. do
  21. {//為了能夠成功寫入CMD0,在這里寫200次
  22. temp=Write_Command_SD(CMD);
  23. retry++;
  24. if(retry==200)
  25. {//超過200次
  26. return(INIT_CMD0_ERROR);//CMD0Error!
  27. }
  28. }
  29. while(temp!=1);//回應01h，停止寫入
  31. //發(fā)送CMD1到SD卡
  32. CMD[0]=0x41;//CMD1
  33. CMD[5]=0xFF;
  34. retry=0;
  35. do
  36. {//為了能成功寫入CMD1,寫100次
  37. temp=Write_Command_SD(CMD);
  38. retry++;
  39. if(retry==100)
  40. {//超過100次
  41. return(INIT_CMD1_ERROR);//CMD1Error!
  42. }
  43. }
  44. while(temp!=0);//回應00h停止寫入
  46. Init_Flag=0;//初始化完畢，初始化標志清零
  48. SPI_CS=1;//片選無效
  49. return(0);//初始化成功
  50. }

3）讀取CID
CID寄存器存儲了SD卡的標識碼。每一個卡都有唯一的標識碼。
CID寄存器長度為128位。它的寄存器結構如下：

名稱
域
數(shù)據(jù)寬度
CID劃分
生產(chǎn)標識號
MID
8
[127:120]
OEM/應用標識
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
PSN
32
[55:24]
保留
－
4
[23:20]
生產(chǎn)日期
MDT
12
[19:8]
CRC7校驗合
CRC
7
[7:1]
未使用，始終為1
－
1
[0:0]

它的讀取時序如下：

與此時序相對應的程序如下：

  1. //------------------------------------------------------------------------------------
  2. 讀取SD卡的CID寄存器16字節(jié)成功返回0
  3. //-------------------------------------------------------------------------------------
  4. unsignedcharRead_CID_SD(unsignedchar*Buffer)
  5. {
  6. //讀取CID寄存器的命令
  7. unsignedcharCMD[]={0x4A,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};
  8. unsignedchartemp;
  9. temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16);//read16bytes
  10. return(temp);
  11. }
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關鍵詞： 51單片機SD

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