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SD卡在单片机上的应用

时间:2009-11-30   来源:   作者:   点击:……  字体大小:【

    SD卡在现在的日常生活与工作中使用非常广泛,时下已经成为最为通用的数据存储卡。在诸如MP3、数码相机等设备上也都采用SD卡作为其存储设备。SD卡之所以得到如此广泛的使用,是因为它价格低廉、存储容量大、使用方便、通用性与安全性强等优点。既然它有着这么多优点,那么如果将它加入到单片机应用开发系统中来,将使系统变得更加出色。这就要求对SD卡的硬件与读写时序进行研究。对于SD卡的硬件结构,在官方的文档上有很详细的介绍,如SD卡内的存储器结构、存储单元组织方式等内容。要实现对它的读写,最核心的是它的时序,笔者在经过了实际的测试后,使用51单片机成功实现了对SD卡的扇区读写,并对其读写速度进行了评估。下面先来讲解SD卡的读写时序。

(1) SD卡的引脚定义
  
SD卡引脚功能详述:

引脚
编号
SD模式
        SPI模式
名称
类型
描述
名称
类型
描述
1
CD/DAT3
IO或PP
卡检测/
数据线3
#CS
I
片选
2
CMD
PP
命令/
回应
DI
I
数据输入
3
VSS1
S
电源地
VSS
S
电源地
4
VDD
S
电源
VDD
S
电源
5
CLK
I
时钟
SCLK
I
时钟
6
VSS2
S
电源地
VSS2
S
电源地
7
DAT0
IO或PP
数据线0
DO
O或PP
数据输出
8
DAT1
IO或PP
数据线1
RSV
 
 
9
DAT2
IO或PP
数据线2
RSV
 
 

注:S:电源供给  I:输入 O:采用推拉驱动的输出
PP:采用推拉驱动的输入输出

SD卡SPI模式下与单片机的连接图:
  
    SD卡支持两种总线方式:SD方式与SPI方式。其中SD方式采用6线制,使用CLK、CMD、DAT0~DAT3进行数据通信。而SPI方式采用4线制,使用CS、CLK、DataIn、DataOut进行数据通信。SD方式时的数据传输速度与SPI方式要快,采用单片机对SD卡进行读写时一般都采用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。这里只对其SPI方式进行介绍。

(2) SPI方式驱动SD卡的方法
     SD卡的SPI通信接口使其可以通过SPI通道进行数据读写。从应用的角度来看,采用SPI接口的好处在于,很多单片机内部自带SPI控制器,不光给开发上带来方便,同时也见降低了开发成本。然而,它也有不好的地方,如失去了SD卡的性能优势,要解决这一问题,就要用SD方式,因为它提供更大的总线数据带宽。SPI接口的选用是在上电初始时向其写入第一个命令时进行的。以下介绍SD卡的驱动方法,只实现简单的扇区读写。
1) 命令与数据传输
1. 命令传输
SD卡自身有完备的命令系统,以实现各项操作。命令格式如下:
 
      命令的传输过程采用发送应答机制,过程如下:
                       
    每一个命令都有自己命令应答格式。在SPI模式中定义了三种应答格式,如下表所示:

字节
含义
 
 
 
1
7
开始位,始终为0
6
参数错误
5
地址错误
4
擦除序列错误
3
CRC错误
2
非法命令
1
擦除复位
0
闲置状态

字节
含义
 
 
 
1
7
开始位,始终为0
6
参数错误
5
地址错误
4
擦除序列错误
3
CRC错误
2
非法命令
1
擦除复位
0
闲置状态
 
 
 
2
7
溢出,CSD覆盖
6
擦除参数
5
写保护非法
4
卡ECC失败
3
卡控制器错误
2
未知错误
1
写保护擦除跳过,锁/解锁失败
0
锁卡

字节
含义
 
 
 
1
7
开始位,始终为0
6
参数错误
5
地址错误
4
擦除序列错误
3
CRC错误
2
非法命令
1
擦除复位
0
闲置状态
2~5
全部
操作条件寄存器,高位在前


写命令的例程:
//-----------------------------------------------------------------------------------------------
  向SD卡中写入命令,并返回回应的第二个字节
//-----------------------------------------------------------------------------------------------
unsigned char Write_Command_SD(unsigned char *CMD)
{
   unsigned char tmp;
   unsigned char retry=0;
   unsigned char i;

   //禁止SD卡片选
   SPI_CS=1;
   //发送8个时钟信号
   Write_Byte_SD(0xFF);
   //使能SD卡片选
   SPI_CS=0;

   //向SD卡发送6字节命令
   for (i=0;i<0x06;i++)
   {
      Write_Byte_SD(*CMD++);
   }
  
   //获得16位的回应
   Read_Byte_SD(); //read the first byte,ignore it.
   do
   {  //读取后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,只有进行了正确的初始化,才能进行后面的各项操作。在初始化过程中,SPI的时钟不能太快,否则会造初始化失败。在初始化成功后,应尽量提高SPI的速率。在刚开始要先发送至少74个时钟信号,这是必须的。在很多读者的实验中,很多是因为疏忽了这一点,而使初始化不成功。随后就是写入两个命令CMD0与CMD1,使SD卡进入SPI模式
           初始化时序图:
  
  
           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(); //初始化驱动端口
  
   Init_Flag=1; //将初始化标志置1

   for (i=0;i<0x0f;i++)
   {
      Write_Byte_SD(0xff); //发送至少74个时钟信号
   }
 
   //向SD卡发送CMD0
   retry=0;
   do
   { //为了能够成功写入CMD0,在这里写200次
     temp=Write_Command_SD(CMD);
     retry++;
     if(retry==200)
     { //超过200次
       return(INIT_CMD0_ERROR);//CMD0 Error!
     }
   }
   while(temp!=1);  //回应01h,停止写入
  
   //发送CMD1到SD卡
   CMD[0] = 0x41; //CMD1
   CMD[5] = 0xFF;
   retry=0;
   do
   { //为了能成功写入CMD1,写100次
     temp=Write_Command_SD(CMD);
     retry++;
     if(retry==100)
     { //超过100次
       return(INIT_CMD1_ERROR);//CMD1 Error!
     }
   }
   while(temp!=0);//回应00h停止写入
  
   Init_Flag=0; //初始化完毕,初始化标志清零
  
   SPI_CS=1;  //片选无效
   return(0); //初始化成功
}

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Tags:单片机   SD卡    
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