SD卡在单片机系统上的应用
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
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 | 位 | 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 | 位 | 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 | 位 | 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:
C程序
//-------------------------------------------------------------------------
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;i0x06;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)(retry100));
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
初始化例程:
C程序
//----------------------------------------------------------
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
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