SD卡應用實例

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采用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。既然它有著這么多優點，那么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卡的硬件與讀寫時序進行研究。對于SD卡的硬件結構，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，并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：

注：S：電源供給 I：輸入 O：采用推拉驅動的輸出

PP：采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卡支持兩種總線方式：SD方式與SPI方式。其中SD方式采用6線制，使用CLK、CMD、DAT0~DAT3進行數據通信。而SPI方式采用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，采用單片機對SD卡進行讀寫時一般都采用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。這里只對其SPI方式進行介紹。

（2）SPI方式驅動SD卡的方法

SD卡的SPI通信接口使其可以通過SPI通道進行數據讀寫。從應用的角度來看，采用SPI接口的好處在于，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，因為它提供更大的總線數據帶寬。SPI接口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：

命令的傳輸過程采用發送應答機制，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：

寫命令的例程：

//-------------------------------------------------------------------------
向SD卡中寫入命令，并返回回應的第二個字節
//-------------------------------------------------------------------------
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字節命令
for (i=0;i0x06;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)(retry100));
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，才能進行后面的各項操作。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。隨后就是寫入兩個命令CMD0與CMD1，使SD卡進入SPI模式

初始化時序圖：

初始化例程：

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初始化SD卡到SPI模式
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unsigned char SD_Init()
{
unsigned char retry,temp;
unsigned char i;
unsigned char CMD[] = {0x40,0x00,0x00,0x00,0x00,0x95};
SD_Port_Init(); //初始化驅動端口
Init_Flag=1; //將初始化標志置1
for (i=0;i0x0f;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,在這里寫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，初始化標志清零
SPI_CS=1; //片選無效
return(0); //初始化成功
}

3） 讀取CID

CID寄存器存儲了SD卡的標識碼。每一個卡都有唯一的標識碼。

CID寄存器長度為128位。它的寄存器結構如下：

它的讀取時序如下：