SD卡在單片機上的應用

admin @ 2014-03-26 , reply:0

    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採用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。既然它有著這麼多優點,那麼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卡的硬體與讀寫時序進行研究。對於SD卡的硬體結構,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,並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:

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
 
 

註:S:電源供給  I:輸入 O:採用推拉驅動的輸出
PP:採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卡支持兩種匯流排方式:SD方式與SPI方式。其中SD方式採用6線制,使用CLK、CMD、DAT0~DAT3進行數據通信。而SPI方式採用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,採用單片機對SD卡進行讀寫時一般都採用SPI模式。採用不同的初始化方式可以使SD卡工作於SD方式或SPI方式。這裡只對其SPI方式進行介紹。

(2) SPI方式驅動SD卡的方法
     SD卡的SPI通信介面使其可以通過SPI通道進行數據讀寫。從應用的角度來看,採用SPI介面的好處在於,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,因為它提供更大的匯流排數據帶寬。SPI介面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:
 
      命令的傳輸過程採用發送應答機制,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:

位元組
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
擦除複位
0
閑置狀態

位元組
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
擦除複位
0
閑置狀態
 
 
 
2
7
溢出,CSD覆蓋
6
擦除參數
5
防寫非法
4
卡ECC失敗
3
卡控制器錯誤
2
未知錯誤
1
防寫擦除跳過,鎖/解鎖失敗
0
鎖卡

位元組
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
擦除複位
0
閑置狀態
2~5
全部
操作條件寄存器,高位在前


寫命令的常式:
//-----------------------------------------------------------------------------------------------
  向SD卡中寫入命令,並返回回應的第二個位元組
//-----------------------------------------------------------------------------------------------
unsigned char Write_Command_SD(unsigned char *CMD)
{
   unsigned char tmp;
   unsigned char retry=0;
   unsigned char i;

   //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位元組命令
   for (i=0;i<0x06;i++)
   {
      Write_Byte_SD(*CMD++);
   }
  
   //獲得16位的回應
   Read_Byte_SD(); //read the first byte,ignore it.
   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,才能進行後面的各項操作。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。隨後就是寫入兩個命令CMD0與CMD1,使SD卡進入SPI模式
           初始化時序圖:
  
  
           初始化常式:
//--------------------------------------------------------------------------
    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(); //初始化驅動埠
  
   Init_Flag=1; //將初始化標誌置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,在這裡寫200次
     temp=Write_Command_SD(CMD);
     retry++;
     if(retry==200)
     { //超過200次
       return(INIT_CMD0_ERROR);//CMD0 Error!
     }
   }
   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);//CMD1 Error!
     }
   }
   while(temp!=0);//回應00h停止寫入
  
   Init_Flag=0; //初始化完畢,初始化標誌清零
  
   SPI_CS=1;  //片選無效
   return(0); //初始化成功
}



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