51單片機實現對SD卡的讀寫

作者：時間：2016-11-25 來源：網絡

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SD卡在現在的日常生活與工作中使用非常廣泛，時下已經成為最為通用的數據存儲卡。在諸如MP3、數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點。既然它有著這么多優點，那么如果將它加入到單片機應用開發系統中來，將使系統變得更加出色。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卡內的存儲器結構、存儲單元組織方式等內容。要實現對它的讀寫，最核心的是它的時序，筆者在經過了實際的測試后，使用51單片機成功實現了對SD卡的扇區讀寫，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://cqxgywz.com/article/201611/321134.htm

引腳編號	SD模式			SPI模式
引腳編號	名稱	類型	描述	名稱	類型	描述
1	CD/DAT3	IO或PP	卡檢測/ 數據線3	#CS	I	片選
2	CMD	PP	命令/ 回應	DI	I	數據輸入
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	數據線0	DO	O或PP	數據輸出
8	DAT1	IO或PP	數據線1	RSV
9	DAT2	IO或PP	數據線2	RSV

注：S：電源供給 I：輸入 O：采用推拉驅動的輸出
PP：采用推拉驅動的輸入輸出

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進行數據通信。而SPI方式采用4線制，使用CS、CLK、DataIn、DataOut進行數據通信。SD方式時的數據傳輸速度與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通道進行數據讀寫。從應用的角度來看，采用SPI接口的好處在于，很多單片機內部自帶SPI控制器，不光給開發上帶來方便，同時也見降低了開發成本。然而，它也有不好的地方，如失去了SD卡的性能優勢，要解決這一問題，就要用SD方式，因為它提供更大的總線數據帶寬。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卡的驅動方法，只實現簡單的扇區讀寫。
1）命令與數據傳輸
1.命令傳輸
SD卡自身有完備的命令系統，以實現各項操作。命令格式如下：

命令的傳輸過程采用發送應答機制，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	位	含義
1	7	開始位，始終為0
	6	參數錯誤
	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

字節	位	含義
1	7	開始位，始終為0
	6	參數錯誤
	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
2	7	溢出，CSD覆蓋
	6	擦除參數
	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	位	含義
1	7	開始位，始終為0
	6	參數錯誤
	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
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，并返回回應的第二個字節
//-----------------------------------------------------------------------------------------------
unsignedcharWrite_Command_SD(unsignedchar*CMD)
{
unsignedchartmp;
unsignedcharretry=0;
unsignedchari;
//禁止SD卡片選
SPI_CS=1;
//發送8個時鐘信號
Write_Byte_SD(0xFF);
//使能SD卡片選
SPI_CS=0;
//向SD卡發送6字節命令
for(i=0;i<0x06;i++)
{
Write_Byte_SD(*CMD++);
}
//獲得16位的回應
Read_Byte_SD();//readthefirstbyte,ignoreit.
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：

//--------------------------------------------------------------------------
初始化SD卡到SPI模式
//--------------------------------------------------------------------------
unsignedcharSD_Init()
{
unsignedcharretry,temp;
unsignedchari;
unsignedcharCMD[]={0x40,0x00,0x00,0x00,0x00,0x95};
SD_Port_Init();//初始化驅動端口
Init_Flag=1;//將初始化標志置1
for(i=0;i<0x0f;i++)
{
Write_Byte_SD(0xff);//發送至少74個時鐘信號
}
//向SD卡發送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);//CMD0Error!
}
}
while(temp!=1);//回應01h，停止寫入
//發送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);//CMD1Error!
}
}
while(temp!=0);//回應00h停止寫入
Init_Flag=0;//初始化完畢，初始化標志清零
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	數據寬度	CID劃分
生產標識號	MID	8	[127:120]
OEM/應用標識	OID	16	[119:104]
產品名稱	PNM	40	[103:64]
產品版本	PRV	8	[63:56]
產品序列號	PSN	32	[55:24]
保留	－	4	[23:20]
生產日期	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：

//------------------------------------------------------------------------------------
讀取SD卡的CID寄存器16字節成功返回0
//-------------------------------------------------------------------------------------
unsignedcharRead_CID_SD(unsignedchar*Buffer)
{
//讀取CID寄存器的命令
unsignedcharCMD[]={0x4A,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};
unsignedchartemp;
temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16);//read16bytes
return(temp);
}

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