SD卡操作

发表于 2019-10-21 21:25

SD 卡（Secure Digital Memory Card）中文翻译为安全数码卡，是一种基于半导体快闪**器的新一代**设备，它被广泛地于便携式装置上使用，例如数码相机、个人数码助理(PDA)和多媒体播放器等。SD 卡由日本松下、东芝及美国 SanDisk公司于 1999 年 8 月共同开发研制。大小犹如一张邮票的 SD **卡，重量只有 2 克，但却拥有高**容量、快速数据传输率、极大的移动灵活性以及很好的安全性。SD 卡在 24mm×32mm×2.1mm 的体积内结合了快闪记忆卡控制器与 MLC（Multilevel Cell）技术和 Toshiba（东芝）NAND 芯片技术，通过 9 针的接口界面与专门的驱动器相连接，不需要额外的电源来保持其上**的信息。而且它是一体化固体介质，没有任何移动部分，所以不用担心机械运动的损坏。

发表于 2019-10-21 21:26

内部单元
SD 卡上所有单元(如图 28.1.2)由内部时钟发生器提供时钟。接口驱动单元同步外部时钟的 DAT 和 CMD 信号到内部所用时钟。
卡有自己的电源开通检测单元，无需附加的主复位信号来在电源开启后安装卡。它防短路，在带电插入或移出卡时，无需外部编程电压，编程电压在卡内生成。
SD 卡接口控制包括：CMD,CLK,DAT0~DAT3 等引脚，SD 卡支持 SD 模式与 SPI 模式，不同模式下，各引脚不尽相同，如下表。在多张 SD 卡连接的设备中，为了标识单独的 SD 卡,其内部的卡标识寄存器(CID：Card Identification)和相应地址寄存器（RCA：Relative Card Address）预先准备好。一个附加的寄存器包括不同类型操作参数，这个寄存器叫做 CSD（Card Specific Data），使用 SD 卡线访问存储器还是寄存器的通信由 SD 卡标准定义如下表

发表于 2019-10-21 21:26

发表于 2019-10-21 21:26

发表于 2019-10-21 21:27

SD 卡的指令由 6 个字节组成，字节 1 的最高 2 位固定为 01，低 6 位命令号（比如 CMD16 为 10000 即 16 进制数的 0x10，完整的 CMD16，第一个字节为 01010000，即 0x10+0x40）。
字节 2~5 为命令参数，有些命令没有参数。
字节 6 的高七位为 CRC 值，最低位恒定为 1。
SD 卡的命令总共有 12 类，分为 Class0~Class11，本章，我们仅介绍几个重要的命令。

发表于 2019-10-21 21:27

上表中，大部分的命令是初始化的时候用到的，表中的 R1、R3、R7 等是 SD 卡的回应，SD 卡和单片机的通信采用发送应答机制。

发表于 2019-10-21 21:28

发表于 2019-10-21 21:28

每发送一个命令，SD 卡都会发出一个应答，以告知主机该命令的执行情况，或是主机需要获取的数据。SPI 模式下，SD 卡针对不同的命令，应答可以是 R1~R7，R1 的应答，各位描述如下表所示：

发表于 2019-10-21 21:28

R2~R7 的响应，我们就不介绍了，大家可以参考 SD 卡 2.0 的协议，接下来，我们看看 SD 卡初始化过程。因为我们使用的是 SPI 模式，所以先得让 SD 卡进入 SPI 模式。方法如下：在 SD 卡收到复位命令（CMD0）时，CS 为有效电平（低电平）则 SPI 模式被启用。不过在发送 CMD0 之前，要发送至少 74 个时钟信号，这是因为 SD 卡内部有个供电电压上升时间，大概为 64 个时钟，剩下的10 个时钟用于 SD 卡同步，之后才能开始 CMD0 的操作，在卡初始化的时候，CLK 时钟最大不能超过 400Khz！
接着我们看看 SD 卡的初始化，SD 卡的典型初始化过程如下：
1、初始化与 SD 卡连接的硬件条件（MCU 的 SPI 配置，IO 口配置）；
2、上电延时（>74 个时钟）；
3、复位卡（CMD0），进入 IDLE 状态，设置为 SPI 模式，无须 CRC 校验；
4、发送 CMD8，检查是否支持 2.0 协议；
5、根据不同协议检查 SD 卡（命令包括：CMD55、CMD41、CMD58 和 CMD1 等）；
6、取消片选，发 8 个时钟，结束初始化
这样我们就完成了对 SD 卡的初始化，注意末尾发送的 8 个时钟是提供 SD 卡额外的时钟，完成某些操作。通过 SD 卡初始化，我们可以知道 SD 卡的类型（V1、V2、V2HC 或者 MMC），在完成了初始化之后，就可以开始读写数据了。

发表于 2019-10-21 21:29

SD 卡读取数据，通过 CMD17 来实现，具体过程如下：
1、发送 CMD17；
2、接收卡响应 R1；
3、接收数据起始令牌 0XFE；
4、接收数据；
5、接收 2 个字节的 CRC，如果不使用 CRC，这两个字节在读取后可以丢掉。
6、禁止片选之后，额外发 8 个时钟；

发表于 2019-10-21 21:29

SD 卡写入数据，通过 CMD24 来实现，具体过程如下：
1、发送 CMD24;
2、接收卡响应 R1；
3、发送写数据起始令牌 0XFE；
4、发送数据；
5、发送 2 字节的伪 CRC；
6、禁止片选之后，发多 8 个 CLK；

发表于 2019-10-21 21:29

发表于 2019-10-21 21:30

[1]SD 卡既支持 SDIO 接口，也支持 SPI 接口，M451 只支持 SPI 接口，因此，实验当中只能采用 SPI 接口，SPI 通信我们用回之前学习到的 SPI 接口就可以了。
[2]获取 CID（卡标识别寄存器）时，需要发送指令 10，那么发送命令必需遵循 SD 卡命令传输机制，且每次发送的是 48 位命令，数据格式如下：

发表于 2019-10-21 21:31

向 SD 卡发送命令时，起始位必须为’0’，第二位为’1’，紧接着就是命令的内容，最后发送的一个字节由 7 位的 CRC 和结束位’1’ 组成。有一点要注意的是，SD 上电后默认为 SD 模式，必须要使用带 CRC 校验的命令，CMD0 让其进入 SPI 模式，进入 SPI 模式之后就无需再用任何带 CRC 校验的命令了，好的，那么现在我们编写简单的发送 SD 卡命令函数，代码如下：

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UINT8 SD_SendCmd(UINT8 cmd, UINT32 arg, UINT8 crc)

{

UINT8 r1;

UINT8 Retry=0;

/* 取消上次片选 */

SD_DisSelect();

if(SD_Select())

{

/* 片选失效 */

return 0XFF;

}

/* 分别写入命令 */

SD_SPI_ReadWriteByte(cmd | 0x40); //发送命令，位或 0x40 表示起始位为 0，紧接着发送 1

SD_SPI_ReadWriteByte(arg >> 24); //发送命令内容

SD_SPI_ReadWriteByte(arg >> 16);

SD_SPI_ReadWriteByte(arg >> 8);

SD_SPI_ReadWriteByte(arg);

SD_SPI_ReadWriteByte(crc); //发送 7 位 crc，结束位为 1

/* 等待响应，或超时退出 */

Retry=0X1F;

do

{

r1=SD_SPI_ReadWriteByte(0xFF);

}while((r1&0X80) && Retry--);

/* 返回状态值 */

return r1;

}

发表于 2019-10-21 21:42

[3]然后接着如何初始化 SD 卡，流程如下：
 初始化与 SD 卡连接的硬件条件（MCU 的 SPI 配置，IO 口配置）；
 上电延时（>74 个 CLK）；
 复位卡（CMD0），进入 IDLE 状态，设置为 SPI 模式，无须 CRC 校验；
 发送 CMD8，检查是否支持 2.0 协议；
 根据不同协议检查 SD 卡（命令包括：CMD55、CMD41、CMD58 和 CMD1 等）；
 取消片选，额外发送 8 个 CLK，结束初始化
详细流程图如下：

发表于 2019-10-21 21:42

发表于 2019-10-21 21:43

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/****************************************

*函数名称:SD_Initialize

*输 入:无

*输 出:0 -成功

其他 -失败

*功 能:SD 卡初始化

******************************************/

UINT8 SD_Initialize(VOID)

{

UINT8 r1; // 存放 SD 卡的返回值

UINT16 retry; // 用来进行超时计数

UINT8 buf[4];

UINT32 i;

/* 初始化 IO */

SD_SPI_Init();

/* 设置到低速模式 */

SD_SPI_SpeedLow();

for(i=0;i<10;i++)

{

/* 发送最少 74 个时钟 */

SD_SPI_ReadWriteByte(0XFF);

}

retry=20;

do

{

/* 进入 IDLE 状态 */

r1=SD_SendCmd(CMD0,0,0x95);

}while((r1!=0X01) && retry--);

/* 默认无卡 */

SD_Type=0;

if(r1==0X01)

{

if(SD_SendCmd(CMD8,0x1AA,0x87)==1)//SD V2.0

{

for(i=0;i<4;i++)

{

/* 等待应答 */

buf[i]=SD_SPI_ReadWriteByte(0XFF);

}

/* 卡是否支持 2.7~3.6V */

if(buf[2]==0X01&&buf[3]==0XAA)

{

retry=0XFFFE;

do

{

/* 发送 CMD55 */

SD_SendCmd(CMD55,0,0X01);

/* 发送 CMD41 */

r1=SD_SendCmd(CMD41,0x40000000,0X01);

}while(r1&&retry--);

/* 鉴别 SD2.0 卡版本开始 */

if(retry&&SD_SendCmd(CMD58,0,0X01)==0)

{

for(i=0;i<4;i++)

{

/* 得到 OCR 值 */

buf[i]=SD_SPI_ReadWriteByte(0XFF);

}

/* 检查 CCS */

if(buf[0]&0x40)SD_Type=SD_TYPE_V2HC;

else SD_Type=SD_TYPE_V2;

}

}

}

else//SD V1.x/ MMC V3

{

/* 发送 CMD55 */

SD_SendCmd(CMD55,0,0X01);

/* 发送 CMD41 */

r1=SD_SendCmd(CMD41,0,0X01);

if(r1<=1)

{

SD_Type=SD_TYPE_V1;

retry=0XFFFE;

do //等待退出 IDLE 模式

{

/* 发送 CMD55 */

SD_SendCmd(CMD55,0,0X01);

/* 发送 CMD41 */

r1=SD_SendCmd(CMD41,0,0X01);

}while(r1&&retry--);

}

else//MMC 卡不支持 CMD55+CMD41 识别

{

/* MMC V3 */

SD_Type=SD_TYPE_MMC;

retry=0XFFFE;

/* 等待退出 IDLE 模式 */

do

{

/* 发送 CMD1 */

r1=SD_SendCmd(CMD1,0,0X01);

}while(r1&&retry--);

}

if(retry==0||SD_SendCmd(CMD16,512,0X01)!=0)

{

/* 错误的卡 */

SD_Type=SD_TYPE_ERR;

}

}

}

/* 取消片选 */

SD_DisSelect();

/* 高速 */

SD_SPI_SpeedHigh();

if(SD_Type)return 0;

if(r1) return r1;

/* 其他错误 */

return 0xAA;

}

发表于 2019-10-21 21:44

[4]读取数据
发送命令后向 SD 卡获取数据，SD 卡会自动地向主机端发送令牌 0xFE，当主机验证为 0xFE 过后，同时传入 len 的参数比较固定，例如读取 CSD 寄存器时，len 为 16；若然对某一扇区进行读时，len 为 512，最后发送两个伪 CRC 值表示当前的数据结束，因此函数可以编写如下：

复制

/****************************************

*函数名称:SD_RecvData

*输 入: buf 数据缓存区

len 要读取的数据长度

*输 出: 0 成功;

其他 失败;

*功 能:从 sd 卡读取一个数据包的内容

******************************************/

UINT8 SD_RecvData(UINT8*buf,UINT16 len)

{

/* 等待 SD 卡发回数据起始令牌 0xFE */

if(SD_GetResponse(0xFE))

{

return 1;

}

/* 开始接收数据 */

while(len--)

{

*buf=Spi0WriteRead(0xFF);

buf++;

}

/* 下面是 2 个伪 CRC（dummy CRC）*/

SD_SPI_ReadWriteByte(0xFF);

SD_SPI_ReadWriteByte(0xFF);

/* 读取成功 */

return 0;

}

发表于 2019-10-21 21:44

[5]当一切准备就绪后，就是研究如何获取 SD 卡的 CID 和 CSD 信息。CID 寄存器存储了 SD 卡的标识码。每一个卡都有唯一的标识码。CID 寄存器长度为 128 位。主要是获得厂商信息、产品版本等，它的寄存器结构如下：

发表于 2019-10-21 21:45

MID
8bit 的二进制数，表示卡的制造商。MID 号，由 SD-3C、LLC 组织来控制、定义、以及分配给 SD 卡制造商。这个程序是用来保证 CID 寄存器的唯一性。
OID
2 个字符的 ASCII 码，表明卡的 OEM 和/或者卡的内容(当用于分发媒体的时候)。OID 同样是由 SD-3C、LLC 组织来控制、定义和分配的。也是为了保证 CID 的唯一性注：SD-3C、LLC 授权给厂家来生产或者销售 SD 卡，包含但不限于 Flash 存储，ROM，OTP，RAM 和 SDIO 卡。
SD-3C 是由松下电子工业，SanDisk 公司和东芝公司成立的有限责任公司。
PNM
产品名称，5 个字符的 ASCII 码。
PRV
产品版本，由两个十进制数组成，每个数 4 个 bit，“n.m” ，n 表示大版本号，m 表示小版本号。比如，产品版本号是“6.2”，
那么 PRV =“0110 0010b”。
PSN
序列号，32 位二进制数。
MDT
制造日期由两个 16 进制数组成，一个是 8bit 的年(y)，一个是 4bit 的月(m)。
m=bit[11:8]，1= 1 月。
n=bit[19:12]，0=2000
比如 2001 年 4 月，MDT=“0000 0001 0100”
CRC
7 位 CRC 校验码，CID 内容的校验码

[牛人杂谈] SD卡操作

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