SD卡基础原理及读写程序.docx
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SD卡基础原理及读写程序.docx
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SD卡基础原理及读写程序
1、简介:
SD卡(SecureDigitalMemoryCard)是一种为满足安全性、容量、性能和使用环境等各方面的需求而设计的一种新型存储器件,SD卡允许在两种模式下工作,即SD模式和SPI模式,本系统采用SPI模式。
本小节仅简要介绍在SPI模式下,STM32处理器如何读写SD卡,如果读者如希望详细了解SD卡,可以参考相关资料。
SD卡内部结构及引脚如下图所示
2、SD卡管脚图:
3、SPI模式下SD各管脚名称为:
注:
一般SD有两种模式:
SD模式和SPI模式,管脚定义如下:
(A)、SDMODE1、CD/DATA32、CMD3、VSS14、VDD5、CLK6、VSS27、DATA08、DATA19、DATA2
(B)、SPIMODE1、CS2、DI3、VSS4、VDD5、SCLK6、VSS27、DO8、RSV9、RSV
SD卡主要引脚和功能为:
CLK:
时钟信号,每个时钟周期传输一个命令或数据位,频率可在0~25MHz之间变化,SD卡的总线管理器可以不受任何限制的自由产生0~25MHz的频率;
CMD:
双向命令和回复线,命令是一次主机到从卡操作的开始,命令可以是从主机到单卡寻址,也可以是到所有卡;回复是对之前命令的回答,回复可以来自单卡或所有卡;
DAT0~3:
数据线,数据可以从卡传向主机也可以从主机传向卡。
SD卡以命令形式来控制SD卡的读写等操作。
可根据命令对多块或单块进行读写操作。
在SPI模式下其命令由6个字节构成,其中高位在前。
SD卡命令的格式如表1所示,其中相关参数可以查阅SD卡规范。
4、MicroSD卡管脚图:
5、MicroSD卡管脚名称:
SD卡与MicroSD卡仅仅是封装上的不同,MicroSD卡更小,大小上和一个SIM卡差不多,但是协议与SD卡相同。
一般我们用单片机操作SD卡时,都不需要对FAT分区表信息做处理,原因如下:
1)、操作FAT分区表要增加程序代码量、增加SRAM的消耗,对于便携应用来说代码大小和占用SRAM的多少至关重要。
2)、即使我们对FAT分区表不做任何了解,实际上我们一样可以向SD卡上写入数据,这就表明使用FAT对我们做数据存储应用来说如同鸡肋。
3)、耗费大量经历和时间去了解FAT分区表对于我们做嵌入式软件开发的人来说有些得不偿失。
4)、SD卡支持两种操作模式,SD模式和SPI模式,SPI模式做SD数据操作时根本不需要知道FAT,这时候SD卡对于我们来说实际上就是个大的、快速的、方便的、容量可变的外部存储器。
基于以上原因,一般情况下对SD卡的操作只需要了解SPI通讯就可以了,而现在大部分单片机都有SPI接口,那么操作SD卡易如反掌。
以下是做SD卡试验时使用的电路图:
SD_CS/连接到单片机的片选SD管脚,只有单片机设置SD_CS/为低电平时才可以操作SD卡。
MOSI连接单片机SPI总线的MOSI管脚(SPI数据输入),单片机从这个管脚读取SD卡内的数据。
MISO连接单片机SPI总线的MISO管脚(SPI数据输出)、单片机通过这个管脚向SD卡内写入数据。
SCK连接单片机SPI总线的SCK(SPI时钟)
SD管脚实际上在SD卡内部连接到了GND,当SD插座上没插入SD卡时,单片机从这个管脚能读到高电平(前提是使用单片机内部上拉输入,或者外部增加一个上拉电阻),一旦插入SD卡,这个管脚就变成低电平,这个功能用来检测是否插入SD卡。
RSV1和RSV2是保留功能管脚,不需要操作。
MicroSD卡的连接和SD卡大同小异,只是MicroSD卡比SD卡少一个GND管脚,所以不能使用上面做的这种插入卡的检测,实际上现在很多SD卡/MicroSD卡插座都有插入检测管脚,当然,一分钱一分货,价格上当然也要贵一些
顺便提一下,普通SD卡插座最多5块钱。
SPI命令格式
以下是一个简单的测试SD卡读写的程序,程序是基于Atmega128单片机编写的,对于Atmega的其他单片机仅需要做管脚改动就可以使用,其他单片机更改要更大。
sd.h
//*****************************************************************
//SPI各线所占用的端口
#defineSD_SSPB6
#defineSD_SCKPB1
#defineSD_MOSIPB2
#defineSD_MISOPB3
//*****************************************************************
#defineSD_DDRDDRB
#defineSD_PORTPORTB
#defineSD_PINPINB
#defineSD_SS_HSD_PORT|=(1<
#defineSDSS_LSD_PORT&=~(1<
#defineSD_SCK_HSD_PORT|=(1<
#defineSD_SCK_LSD_PORT&=~(1<
#defineSD_MOSI_HSD_PORT|=(1<
#defineSD_MOSI_LSD_PORT&=~(1<
#defineSD_MISO_IN(SD_PIN&(1<
//-------------------------------------------------------------
//错误号
//-------------------------------------------------------------
#defineINIT_CMD0_ERROR0xFF
#defineINIT_CMD1_ERROR0xFE
#defineWRITE_BLOCK_ERROR0xFD
#defineREAD_BLOCK_ERROR0xFC
#defineTRUE0x01
//-------------------------------------------------------------
//MMC/SD命令(命令号从40开始,只列出基本命令,并没有都使用)
//-------------------------------------------------------------
#defineSD_RESET0x40+0
#defineSD_INIT0x40+1
#defineSD_READ_CSD0x40+9
#defineSD_READ_CID0x40+10
#defineSD_STOP_TRANSMISSION0x40+12
#defineSD_SEND_STATUS0x40+13
#defineSD_SET_BLOCKLEN0x40+16
#defineSD_READ_BLOCK0x40+17
#defineSD_READ_MULTI_BLOCK0x40+18
#defineSD_WRITE_BLOCK0x40+24
#defineSD_WRITE_MULTI_BLOCK0x40+25//片选关(MMC/SD-CardInvalid)
#defineSD_Disable()SD_SS_H//片选开(MMC/SD-CardActive)
#defineSD_Enable()SD_SS_L
SD_TEST.C
//****************************************************************************************/
//ICC-AVRapplicationbuilder:
03-5-208:
39:
11
//Target:
M128
//Crystal:
3.6864Mhz
#include
#include
#include'sd.h'
voiduart0_init(void);
voidputchar(unsignedcharcontent);
voidputstr(unsignedchar*s);
voidSD_Port_Init(void);
unsignedcharSD_Init(void);
unsignedcharSD_write_sector(unsignedlongaddr,unsignedchar*Buffer);
unsignedcharSD_read_sector(unsignedlongaddr,unsignedchar*Buffer);
unsignedcharSPI_TransferByte(unsignedcharbyte);
unsignedcharWrite_Command_SD(unsignedcharcmd,unsignedlongaddress);
unsignedlongSD_find(void);
//**************************************************************************
//串口调试程序
//**************************************************************************
voiduart0_init(void)
{
UCSR0B=0x00;//disablewhilesettingbaudrate
UCSR0A=0x00;
UCSR0C=0x06;//00000110UART0设置为异步模式、无奇偶校验、1位停止位、8位数据位
UBRR0L=0x17;//setbaudratelo
UBRR0H=0x00;//setbaudratehi设置UART0口通信速率9600
UCSR0B=0x18;
}
voidputchar(unsignedcharcontent)
{
while(!
(UCSR0A&(1< UDR0=content;/*发送数据*/ } voidputstr(unsignedchar*s) { while(*s) { putchar(*s); s++; } } //**************************************************************************** //端口初始化 voidSD_Port_Init(void) //**************************************************************************** { SD_PORT|=(1<< SD_DDR|=(1<<< SD_DDR&=~(1< } //**************************************************************************** //初始化MMC/SD卡为SPI模式 unsignedcharSD_Init(void) //**************************************************************************** { unsignedcharretry,temp; unsignedchari; SPCR=0x53;//设定SPI为128分频,慢速进行初始化 SPSR=0x00; for(i=0;i<0x0f;i++) { SPI_TransferByte(0xff);//延迟74个以上的时钟 } SD_Enable();//开片选 SPI_TransferByte(SD_RESET);//发送复位命令 SPI_TransferByte(0x00); SPI_TransferByte(0x00); SPI_TransferByte(0x00); SPI_TransferByte(0x00); SPI_TransferByte(0x95); SPI_TransferByte(0xff); SPI_TransferByte(0xff); retry=0; do{ temp="Write"_Command_SD(SD_INIT,0);//发送初始化命令 retry++; if(retry==100)//重试100次 { SD_Disable();//关片选 return(INIT_CMD1_ERROR);//如果重试100次失败返回错误号 } }while(temp! =0); MSD_Disable();//关片选 SPCR=0x50;//设置SPI为2分频。 进行高速读写 SPSR=0x01; return(TRUE);//返回成功 } //**************************************************************************** //发送命令给MMC/SD卡 //Return: 返回MMC/SD卡对命令响应的第2字节,作为命令成功判断 unsignedcharWrite_Command_SD(unsignedcharcmd,unsignedlongaddress) //**************************************************************************** { unsignedchartmp; unsignedcharretry="0"; SD_Disable(); SPI_TransferByte(0xFF); SD_Enable(); SPI_TransferByte(cmd);//将32位地址进行移位作为地址字节 SPI_TransferByte(address>>24); SPI_TransferByte(address>>16); SPI_TransferByte(address>>8); SPI_TransferByte(address); SPI_TransferByte(0xFF); SPI_TransferByte(0xFF); do{ tmp=SPI_TransferByte(0xFF);//发送8个时钟接受最后一个字节 retry++; }while((tmp==0xff)&&(retry<8)); return(tmp); } //**************************************************************************** //写一个扇区(512Byte)toMMC/SD-Card //如果写完成返回TRUE unsignedcharSD_write_sector(unsignedlongaddr,unsignedchar*Buffer) //**************************************************************************** { unsignedchartemp; unsignedinti; SPI_TransferByte(0xFF);//延迟8个时钟 SD_Enable();//开片选 temp=Write_Command_MMC(MMC_WRITE_BLOCK,addr<<9);//发送写扇区命令 if(temp! =0x00) { SD_Disable(); return(temp); } SPI_TransferByte(0xFF); SPI_TransferByte(0xFF); SPI_TransferByte(0xFE); for(i=0;i<512;i++) { SPI_TransferByte(*Buffer++);//发送512字节数据 } //CRC-Byte SPI_TransferByte(0xFF);//DummyCRC SPI_TransferByte(0xFF);//CRCCode temp=SPI_TransferByte(0xFF);//读SD卡运行响应 if((temp&0x1F)! =0x05)//如果最后4位为0101,为操作成功。 否则为操作失败。 { SD_Disable(); return(WRITE_BLOCK_ERROR);//返回错误 } while(SPI_TransferByte(0xFF)! =0xFF); SD_Disable(); return(TRUE);//返回成功 } //**************************************************************************** //读512字节fromMMC/SD-Card //如果成功返回TRUE unsignedcharSD_read_sector(unsignedlongaddr,unsignedchar*Buffer) //**************************************************************************** { unsignedchartemp; unsignedinti; unsignedchardata; SPI_TransferByte(0xff); MMC_Enable(); temp=Write_Command_SD(SD_READ_BLOCK,addr<<9);//发送读扇区命令 if(temp! =0x00) { SD_Disable(); return(READ_BLOCK_ERROR);//返回错误号 } while(SPI_TransferByte(0xff)! =0xfe); for(i=0;i<512;i++) { data=SPI_TransferByte(0xff);//存数据 *Buffer++=data; } SPI_TransferByte(0xff);//读CRC码 SPI_TransferByte(0xff);//读CRC码 SD_Disable(); return(TRUE);//返回成功 } //************************************************************************** //查找数据开始标志(预设DATASTART)根据实际需要删改 //************************************************************************** unsignedlongSD_find(void) { unsignedlongtmp="400"; unsignedchardata[512]; do { SD_read_sector(tmp,data);//从0扇区开始查找 tmp++;//查找DATASTART }while(! ((data[0]=='D')&&(data[1]=='A')&&(data[2]=='T')&&(data[3]=='A')&&(data[4]=='S')&&(data[5]=='T')&&(data[6]=='A')&&(data[7]=='R')&&(data[8]=='T'))); returntmp;//返回开始标志的下一个扇区 } //************************************************************************** //发送一个字节 //************************************************************************** unsignedcharSPI_TransferByte(unsignedcharbyte) { SPDR=byte; while(! (SPSR&0x80));//检测线路是否空闲 returnSPDR; } //************************************************************************** //主程序例子 //************************************************************************** voidmain(void) { unsignedlongtemp; unsignedchardata[512]; unsignedchardata2[512]={'sssssssssssssssssssssssss'}; unsignedcharcomm1[]={'/r/nhelloworld/r/n'}; unsignedcharcomm2[]={'/r/nSD_INITOK/r/n'}; uart0_init(); SD_Port_Init();//端口初始化 if(SD_Init()==0x01) {//SD卡初始化,并读取返回值 putstr(comm2); } temp="SD"_find();//查找DATASTART数据开始标志,返回下一扇区地址 SD_read_sector(1001,data);//读取temp地址的512字节数据,512字节数据存入data数组 putstr(data); SD_write_sector(temp,data2);//将data2数组512字节数据写入temp扇区 } 测试程序很简单,仅仅是做了一下读写SD卡的测试。 关于SD卡的几点注意事项。 1、无论我们愿意不愿意,SD卡每次读写数据的最小单位是1个扇区,即512个字节。 2、SD卡与单片机连接的SPI总线不能太长,要尽量短。 这样的好处是速度可以更快,也不容易出错。 3、虽然我们并不关心FAT文件表,但是我们仍然要关心SD卡的存储结构,如果我们不想使用PC机来读取保存在SD卡上的数据那我们就不用关心SD存储结构了。 但,作为一个大容量的可移动存储设备,不能用PC机来读取是个很大的遗憾,我解决这个遗憾的方法如下: 3-1、因为我不了解FAT复杂的结构,所以我做的程序没法去按照FAT表的各项功能来进行创建文件、删除文件、创建目录等等操作。 3-2、虽然我们的单片机不能创建文件,但是PC机是可以创建文件的啊! 所以我使用PC机将SD卡格式化,之后在SD卡上创建一个
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- 关 键 词:
- SD 基础 原理 读写 程序