浅谈dsPIC33F系列DSC的SD存储卡接口设计

。busy信号的长度可以是任意个字节。全零表示卡处在“忙”的状态。格式R2的长度为2字节，它是指令SEND_STATUS的响应。它的高字节和R1相同，低字节同样作为状态指示。

在SD卡规范中详细描述了每条指令的格式内容及作用，并给出了各条指令所对应的响应。对于每种响应的信息也有详细的说明，具体信息参阅参考文献。

2 SD卡接口电路设计

16位的dsPIC33F系列DSC具有高达40 MIPS的指令周期，继承了Microchip公司之前8位和16位MCU产品的优点，并保持着对以往低成本开发系统的兼容性。dsPIC33FJ64GP706是其中一款64引脚的通用产品，拥有高达64 KB的Flash程序存储器和16 KB的数据存储器。

图3所示为dsPIC33FJ64GP706与SD卡座的接口电路。为了防止在无卡接入或卡驱动器呈高阻态时总线悬空，在每根信号线上要接一个上拉电阻，根据SD卡规范（见参考文献，第6章），电阻的阻值可以取10～90kΩ。卡座的CD引脚是SD卡检测信号引脚，当有卡插入时，该引脚对地短路。WP是写保护信号引脚，在卡插入且没有写保护时，该引脚对地短路；如果SD卡写保护或没有卡插入，该引脚通过上拉电阻接到电源正极。

3 SD卡接口的实现

3.1 选择SD卡的SPI模式并初始化SD卡

在上电之后，主机开始发送时钟信号，此时的时钟频率不能超过400 kHz。主机要连续发送至少74个时钟周期的“1”才能使SD卡准备好通信，然后选择SPI模式。SD卡进入SPI模式之后，就可以接收来自主机的操作指令了。这时候主机发送SEND_OP_COND指令，激活卡的初始化过程。在得到正确的响应之后，主机再发送SEND_CSD指令读取CSD寄存器的内容。

3.2 指令和响应交互过程的软件实现

typSD_CMD是自定义的结构类型，包含指令索引、CRC和响应格式。最后一个字节数据用来说明该指令有无后续数据块，例如READ_SINGLE_BLOCK（单数据块读指令），它需要SD卡发送一个数据块的数据，因此其后的数据为“1”。对于指令索引，是把开始位和传输位与6位索引值包含在一起的数据。例如G0_IDLE_STATE的索引值是二进制“000000”，加上开始位“O”和传输位“1”，成为“01000000”，即“Ox40”，READ_SINGLE_BLOCK的索引值是“010001”，加上开始位和传输位，成为“01010001”即0x51”。

定义发送指令函数为SendSDCmd（），返回值为从总线上读取的响应数据。（具体函数略——编者注）函数的第一个参数是指令列表数组中相应指令元素的序号，函数会根据它的值在指令表中查到对应的信息，第二个参数是指令的附加内容。函数中CMD_PACKET是按指令格式（见表2）定义的联合类型，程序通过查表的方式将指令的内容装载到该类型定义的变量中，并通过函数Write_sd（）发送出去。write_sd（）的作用是把一个字节的数据放到SPI2模块的burfer里，完成一个字节的发送。函数ReadSd（）用来读取SPI2接收的一个字节数据。

以上程序按照图2所示时序执行，来实现一次指令和响应数据的交互。当某条指令有后续数据时，按照规范中的时序发送或者读取数据。

3.3 读写操作的实现

READ_SINGLE_BLOCK是单数据块读指令，在接收到有效的读指令后SD卡将会送出一个响应。紧接着是一个带16位CRC校验后缀的数据块，数据块的长度要在之前由SET_BLOCKEN（CMDl6）指令定义，一般为512字节，正好一个扇区的大小。该操作的通信过程如图4所示。

WRITE_SINGLE_BLOCK是单数据写操作指令，在接收到主机传来的数据后，SD卡会发送一个值为0x5的数据响应，之后进入busy状态。该操作的通信过程如图5所示。

按照以上通信过程编写程序，单数据块读和写的程序流程如图6所示。

4 结果验证

将容量为1 GB的SD卡插入SD读卡器，再将读卡器插入PC机的USB接口中，此时系统出现“可移动磁盘（H：）”根目录。打开winhex软件，点击“工具”下拉菜单中的“打开磁盘”，选择“物理磁盘”中的“RMl：Ceneric STORAGE DEVICE（O.9G，USB）”，单击“确定”按钮，得到该SD卡第一个物理扇区的数据。该SD卡在偏移量从446开始的16个字节有数据“00 03 3D 00 06 OD ED DB F9 00 00 OO 07 5F 1E 00”，该扇区结束的两个字节为“55AA”，其余部分数据均为“00”。

将SD卡取出，插入本设计电路的SD卡座中，用示波器连接D0、CLK和DI线，接通电源，测量SPI总线上的波形。

本设计利用dsPIC33FJ64GP706的SPI接口实现了对SD存储卡的操作，可以把SD