ST分享大集结 stm32 SD卡分享

只看该作者 · 2017-11-23 11:57

本帖最后由 hanzhen654 于 2017-11-23 12:12 编辑

SD 卡的原理图，采用SPI总线。

只看该作者 · 2017-11-23 11:59

SD 卡又两种操作方式，一种是 SDIO 模式，还有一种是 SPI 模式，我使用 SPI 模式。SD 卡部分的跳帽跳到 IO 部分。

只看该作者 · 2017-11-23 12:04

SD 卡简介
SD 卡是由 MMC 卡的基础上发展而来的，它是一种基于半导体快闪**器的新一代**设备，被广泛应用于各种便携设备，如手机、数码相机、多媒体播放器等。SD 卡可以分为三类：SD 卡、SDHC 卡、SDXC 卡：它的通信协议也分为两种，一种是 V1.0 版本和 V2.0 版本，所以不同的版本操作过程中会有一定的差异。对于 SD 卡和 SDHC 卡来说，协议基本是兼容的，不过 SDXC 卡，区别就大了。在这里我们主要讨论的是 SD 卡和 SDHC 卡。而SD 卡的通信接口也有两种模式，一种是 SDIO 模式，还有一种是 SPI 模式，这里我们主要讨论的是 SPI 模式下的 SD 卡。使用 STM32 的 SPI 驱动 SD 卡，最高通信速度可达 18Mbps，每秒可传输数据 2M 字节以上，对于一般的应用足够了。

只看该作者 · 2017-11-23 12:07

SD 卡的操作
要操作 SD 卡，最重要的就是如何初始化 SD 卡、读 SD 卡、写 SD 卡。其他的读取 SD 卡的其他型号信息等，都是次要的，只有偶尔才会用到。而学习初始化 SD 卡，读 SD 卡之前，我们要先学会怎么向 SD 写命令。
1. SD 卡写命令操作

SD 卡的命令格式如下：如图3
长度为 48 位，一共分为第一个字节的最高 2 位必须是 01。接下来 6 位是命令号，比如：CMD0 其实就是 0x00；CMD16 其实是 0x10。第 2 个字节到第 5个字节是命令参数，命令参数是特定的命令才会有的。剩下第 6 个字节是一个 7位的 CRC 效验和最低位为 1 组成。

只看该作者 · 2017-11-23 12:10

接下来我们来看一下 SD 卡的一些命令参数见图4
从图4我们可以看出，每个命令后面都会有一个回应，所以 SD 卡和单片机之间的通信是采用发送应答机制。它的应答类型有 R1~R7，一共 7 种。不同的命令，长度可能不一样，下面我比较 R1 和 R2。我们可以看出，R1 的长度为 48 位，而 R2 的长度为 136 位。不过虽然回应的长度不同，不过呢，它们的应答都有一个特点，那就是最高两位都为00（大家可以通过查看《SD 卡 2.0 协议》等对比），这个时候表示命令发送成功。

只看该作者 · 2017-11-23 12:14

从上面的介绍，我们就可以总结出，我们写命令的操作步骤为：
1) 如果上次片选没有取消，那么先取消片选，取消片选之后提供格外
的 8 个时钟周期，方便 SD 卡准备好。
2) 选择片选。
3) 检测 SD 卡是否准备好，也就是一直发送 0xFF，直到接收到非 0xFF
为止。
4) 发送 6 个字节的命令格式。包括 1 个字节命令序号，4 个字节的命令
参数，1 个字节的 CRC 效验。注意第 1 个字节最高两位为 01。第 6
个字节最低位为 1。
5) 如果是 CMD12 停止数据传输命令的话，多发送 8 个时钟周期。也就
是发送 0xFF 一次，为了避免影响之后检测是否发送成功。
6) 检测是否发送命令成功。因为我们不知道回应有多少个字节，所以
一直读取回应数据，直到最高两位为 00 时，说明发送成功。

只看该作者 · 2017-11-23 12:15

程序实现如下
static uint8_t SD_WriteCmd(uint8_t cmd, uint32_t dat, uint8_t crc)
{
uint8_t r1 = 0;
uint16_t i = 0;
//--复位 SD 卡,取消上次片选--//
SD_CS_SET;
SPI2_WriteReadData(0xFF); //额外提供 8 个时钟
SD_CS_CLR;
while(SPI2_WriteReadData(0xFF) != 0xFF) //等待卡是否准备好
{
i++;
if(i > 100)
{
return 0xFF; //等待失败返回
}
}
//--发送数据--//
SPI2_WriteReadData(cmd | 0x40);
SPI2_WriteReadData(dat >> 24); //发送 Dat 的最高 8 位
SPI2_WriteReadData(dat >> 16);
SPI2_WriteReadData(dat >> 8);
SPI2_WriteReadData(dat & 0x00FF);
SPI2_WriteReadData(crc & 0x01);
if(cmd == SD_CMD12) //如果是停止数据传输命令，额外多发
一个时钟
{
SPI2_WriteReadData(0xFF);
}
i = 0;
do
{
r1 = SPI2_WriteReadData(0xFF);
i++;
if(i > 100)
{
return 0xFF;
}
}
while((r1 & 0x80) != 0); //发送成功的最高位是 0
return r1;
}

3万 · 2017-11-23 12:45

不错，谢谢分享；

1万 · 2017-11-23 13:39

回复你的帖子名称和链接到活动帖里面哦~~

只看该作者 · 2017-11-23 22:24

好的，感谢小管家。

只看该作者 · 2017-11-23 22:24

mmuuss586 发表于 2017-11-23 12:45
不错，谢谢分享；

不客气，大家都应该懂得分享。

只看该作者 · 2017-11-23 22:29

SD 卡初始化操作
在《SD 卡 2.0 协议.pdf》中，有 SPI 模式的初始化流程，它的流程如下：它这里分为两种类型的卡初始化，一种 SD 卡 V1.0 协议的初始化和 SD卡 V2.0 协议的初始化。如图5，我们可以看出初始化的时候我们要用到CMD0、CMD8、ACMD41、CMD58。其中 CMD8、CMD58 都要查看相应应答，这里我们来讲一下这些命令的应答。

只看该作者 · 2017-11-23 22:32

1.CMD8
CMD8 的应答是 R7，它返回的数据类型如下：在这里，我们要确定 SD 卡的电压是否匹配（即：[19:16]voltage supplied）以及“模式检测”（即[15:8]check pattern）。提供电压的一般的返回是：它的 4 位是 0001b 的时候，就是匹配电压了。而“模式检测”它的正确返回值是:10101010b。所以我们要读取的 voltage supplide 就是返回值的第 4 个字节的低四位。（注意返回的时候，它是先从高字节返回的。）而要读取的 check pattern 是第5 个字节。
2) CMD58。
CMD58 的返回值是 R3，R3 的数据类型如下：其中我们要读取的就是 OCR，而 OCR 的结构为:所以我们知道，我们要读取的 CCS 是在返回值的第 2 个字节（OCR的第 30 位，注意的是它返回的时候是从高字节开始返回的，所以是第 2个字节，第 1 个字节是 R1）；而要确认电压是在返回值的第 5 个字节的
第 7 位。
现在我们就来看一下初始化的具体步骤为：
1) 上电之后初始化之后，进行至少 74 个时钟周期的上电延时，这个是必须的（具体大家可以查看数据手册复位部分）。
2) 然后进入 SPI 模式。也就是在片选信号为低电平时，发送 CMD0。
3) 发送 CMD8。如果是非法命令，那么该卡是 SD 卡 V1.0 协议（MMC卡也是得到非法回应）。如果得到正确回应，说明该卡是 SD 卡 V2.0或者更高版本的协议。
4) 当 SD 卡是 V2.0 协议或者更高版本时：
a) CMD8 正确回应，读取返回值中的“提供电压”和“模式检测”，看看是否匹配，否则卡出错。
b) 从上面的流程我们看到这里应该是在读取 CMD58 中的返回值，以确定匹配电压，可是在 CMD8 的时候，我们也有检测过，所以这里可以省略。
c) 发送 ACMD41。要注意，ACMD41 是特定的应用命令，所以发送 ACMD41 的时候，要先发送 CMD55 告诉 SD 卡，接下来的命令是特定的应用命令。
d) 发送 CMD58，读取 CCS，查看 SD 卡是高容量卡（2G 及 2G 以上为高容量卡）还是标准卡。当 SD 卡是 V1.0 协议的时候：
a) 发送 CMD58，读取电压检测。如果检测电压出错，表示卡出错。（也可以省略。）
b) 发送 ACMD41。要注意，ACMD41 是特定的应用命令，所以发送 ACMD41 的时候，要先发送 CMD55 告诉 SD 卡，接下来的命
令是特定的应用命令。

只看该作者 · 2017-11-23 22:32

SD 卡的初始化步骤就如上述，而程序实现如下：
int8_t SD_Init(void)
{
uint8_t r1, buf[4];
uint16_t i = 0;
SD_GPIO_Config();
SPI2_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_256);
/* 将 SD 卡通信模式转换为 SPI 模式，上电默认是用 DAT0 作数据线 */
/* 接到 CMD0 时，CS 信号有效，SPI 模式启动 */
for(i=0; i<0x0F; i++)//初始时，先发送至少 74 个时钟，这个是必须的。
{
SPI2_WriteReadData(0xFF); //发送 8*16 个
}
/* 当读取到 0x01 的时候表示初始化成功 */
i = 0;
while(SD_WriteCmd(SD_CMD0, 0, 0x95) != 0x01)
{
i++;
if(i > 100)
{
return 0xFF; //初始化失败返回 0
}
}

只看该作者 · 2017-11-23 22:36

/* 发送 CMD8，检测是否 SD V2.0 */
i = 0;
do
{
i++;
if(i > 100) //若是发送超过次数跳出循环管
{
break;
}
r1 = SD_WriteCmd(SD_CMD8, 0x01AA, 0x87);
}
while(r1 != 0x01); //发送 CMD8
if(r1 == 0x01) //如果 CMD8 有回应说明是 SD V2.0 协议
{
/* 读取 CMD8 的返回值，检测是否支持电压 */
/* 读取 CMD8 的返回值，检测是否支持电压 */
for(i=0; i<4; i++)
{
buf = SPI2_WriteReadData(0xFF);
}
/* 卡电压不支持电压，返回错误 */
if((buf[2] != 0x01) || (buf[3] != 0xAA))
{
return 0xFF;
}
/* 初始化 SD 卡 */
i = 0;
do
{
i++;
if(i > 100)
{
return 0xFF; //返回失败
}
SD_WriteCmd(SD_CMD55, 0, 0x01);
r1 = SD_WriteCmd(SD_CMD41, 0x40000000, 0x01);
}
while(r1 != 0); //写入 CMD41 成功了，这里省略读取 CMD41
是否设置成功。

只看该作者 · 2017-11-23 22:38

/* 检测是 SDHC 卡还是 SD 卡 */
i = 0;
while(SD_WriteCmd(SD_CMD58, 0, 0x01) != 0)
{
i++;
if(i > 100)
{
SD_TYPE = SD_TYPE_ERR;
break;
}
}
/* 读取 OCR */
for(i=0; i<4; i++)
{
buf = SPI2_WriteReadData(0xFF);
}
if(buf[0] & 0x40)
{
SD_TYPE = SD_TYPE_V2HC;
}
else
{
SD_TYPE = SD_TYPE_V2;
}
}
else //否则就是 SD V1.0 或者 MMC V3
{
SD_WriteCmd(SD_CMD55, 0x00, 0x01);
r1 = SD_WriteCmd(SD_CMD41, 0x00, 0x01);
if(r1 <= 1) //对 CMD41 有回应说明是 SD V1.0
{
SD_TYPE = SD_TYPE_V1; //是 V1.0 卡
i = 0;
do
{
if(i > 100)
{
return 0xFF;
}
SD_WriteCmd(SD_CMD55, 0x00, 0x01);
r1 = SD_WriteCmd(SD_CMD41, 0x00, 0x01);
}
while(r1 != 0);
}
else //没有回应说明是 MMC V3
{
SD_TYPE = SD_TYPE_MMC; //卡类型是 MMC 卡
i = 0;
while(SD_WriteCmd(SD_CMD1, 0, 0x01) != 0)
{
i++;
if(i > 100)
{
return 0xFF;
}
}
}
}
SD_CS_SET; //取消片选
SPI2_WriteReadData(0xFF);
return 0;
}
以上代码是对 MMC 卡的初始化。

只看该作者 · 2017-11-23 23:10

SD 卡读取数据操作
SD 卡读取数据有两个命令，一个命令是 CMD17：读取一个扇区（一般
为 512 字节）；另一个是 CMD18：读取多个扇区。
单个扇区读取的步骤为：
1) 发送 CMD17。（命令参数是读取扇区地址）
2) 检测卡响应是否发送成功。
3) 等待起始令牌 0xFE。
4) 接收一个扇区的数据。
5) 接收两个字节的 CRC 效验。
多个扇区读取的步骤为：
1) 发送 CMD18。（命令参数是读取扇区地址）
2) 检测卡响应是否发送成功。
3) 然后一个扇区一个扇区的接收数据，这个部分的步骤为：
a) 等待起始令牌 0xFE。
b) 接收一个扇区的数据。
c) 接收两个字节的 CRC 效验。
d) 接收完一个扇区，如果没有结束，返回 a)继续接收;接收结束，
跳到下一步。
4) 发送停止命令 CMD12。

只看该作者 · 2017-11-23 23:11

读取扇区的程序实现如下：
int8_t SD_ReadDisk(uint8_t *buf, uint32_t sector, uint8_t num)
{
uint16_t i;
if(SD_TYPE != SD_TYPE_V2HC)
{
sector <<= 9; //转换位字节地址
}
SPI2_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_2);
if(num == 1)
{
/* 发送读取命令 */
i = 0;
while(SD_WriteCmd(SD_CMD17, sector, 0x01) != 0);
{
i++;
if(i > 100)
{
return 0xFF; //命令无反应，表明发送命令失败
}
}
/* 接收数据 */
if(SD_ReadData(buf) != 0)
{
return 0xFF;
}
}
else
{
/* 发送连续读取命令 */
i = 0;
while(SD_WriteCmd(SD_CMD18, sector, 0x01) != 0);
{
i++;
if(i > 100)
{
return 0xFF; //命令无反应，表明发送命令失败
}
}
/* 接收数据 */
while(num--)
{
/* 接收数据 */
if(SD_ReadData(buf) != 0)
{
return 0xFF;
}
buf += 512;
}
SD_WriteCmd(SD_CMD12, 0, 0x01); //发送停止信号
}
/* 取消片选 */
SD_CS_SET;
SPI2_WriteReadData(0xFF);
return 0;
}

只看该作者 · 2017-11-23 23:11

这个程序还调用一个 SD_ReadData()函数，这个函数是接收一个扇区数据的
函数，具体代码如下：
static int8_t SD_ReadData(uint8_t *buf)
{
uint16_t i;
/* 等待起始令牌 0XFE */
i = 0;
while(SPI2_WriteReadData(0xFF) != 0xFE)
{
i++;
if(i > 0x0FFF)
{
return 0xFF;
}
}
/* 接收数据 */
for(i=0; i<512; i++)
{
*buf = SPI2_WriteReadData(0xFF);
buf++;
}
/* 读完数据再读两位 CRC 效验，但是我们可以不需要它们 */
SPI2_WriteReadData(0xFF);
SPI2_WriteReadData(0xFF);
return 0;
}

只看该作者 · 2017-11-24 10:19

感谢楼主分享!

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