基于單片機的SD卡FAT文件系統讀寫設計

隨著信息技術的飛速發展，高容量存儲芯片日益向大容量小體積發展，其中以SD卡、Micro SD卡為突出代表。SD卡由日本松下、東芝及美國SanDisk公司于1999年8月共同開發研制。大小猶如一張郵票的SD卡，重量只有2 g，卻擁有高記憶容量、快速數據傳輸率、極大的移動靈
活性以及很好的安全性。通過單片機處理SD卡信息，可以將信息化嵌入式產業向更小體積發展。考慮到穩定性與讀取速度，研究中采用了Fr-eescale公司的16位單片機MC9S12XSl28MAA。為了進一步滿足嵌入式研究的實時調試與應用需要，把SD卡的讀取以及FATl6文件系統的讀取寫入移植到此單片機中，使開發應用有更好的擴展性。本文首次把FATl6文件系統的讀取移植到HCSl2X單片機上，并通過HCSl2X單片機的SPI模塊進行SD卡的讀寫，取得了良好的效果。

1 研究平臺和設計思想
1．1 平臺介紹
①MCS9S12XSl28MAA：Freescale公司16位單片機HCSl2X家族中的一員，相比于其他HCSl2X單片機，去除了XGATE協處理器，大大降低了成本。此單片機內嵌了許多資源，包括128KB Flash、4 KB EEPROM、16 KBROM以及多種通信接口。
②Micro SD卡：采用SD架構設計而成，尺寸幾乎只有一片指甲蓋大小，由摩托羅拉公司與SanDisk公司共同研發，是一種超小型卡(11 mm×15 mm×1 ram)，約為SD卡的1／4。它支持3種傳輸模式，SPI模式(獨立序列輸入和序列輸出)，1位SD模式(獨立指令和數據通道，獨有的
傳輸格式)，以及4位SD模式(使用額外的引腳以及某些重新設置的引腳，支持4位寬的并行傳輸)。
③CodeWarrior：Freescale公司開發的編程環境。本文使用的CodeWarrior Special 5．0 For S12(X)是專門針對HCSl2X單片機開發的，可以進行程序的編輯、編譯、鏈接和在線調試等多項功能，支持在C語言中嵌入匯編語言。
④移植條件：對于本文中的SD卡讀取與寫入，用戶的單片機推薦使用HCSl2X系列，也可使用HCSl2系列，但總線超頻會不穩定，從而影響SD卡讀寫速率以及穩定性。
1．2 設計思想
圖1顯示了本文中所使用的SD卡FAT文件系統通過MC9S12XSl28MAA進行解析的軟硬件結構體系。編譯鏈接軟件使用CodeWarrior 5．O，硬件采用MC9S12XSl28MAA單片機與Kingston公司的Micro SD卡。代碼由4部分組成：用戶應用部分(由用戶編寫控制，本文使用MC9S12XS128MAA SCI串口模塊進行信息調試)，FAT文件系統讀取解析部分，硬件控制部分(通過單片機SPI模塊與SD卡連接)，以及單片機CPU的初始化部分。其中，SPI模塊與SD卡連接的硬件控制部分，以及FAT文件系統的讀取解析部分是本文的重點。

其中，Sd_SPI．h是關于SD卡讀取寫入部分的一些宏定義、常量和函數的聲明；Sd_SPI．c包括了通過SPI模塊讀寫SD卡的代碼；Fat．h是關于Fat文件系統解析的全局變量、宏定義以及函數聲明；Fat．c包括了Fat文件系統解析的代碼；SimpleFat．c是簡易讀取Fat文件系統信息的代碼；SimpleFat．h是其全局變量以及函數的聲明。