AT89S52單片機和FAT16文件的SD卡讀寫設計

DBR之后是FAT(File Allocation Table，文件分配記錄表)，記錄文件在磁盤上的存儲位置。在Windows系統(tǒng)中，文件存儲的單位是簇而不是字節(jié)，1個文件不是連續(xù)地存放于磁盤的某一區(qū)域，而往往分成若干段，像鏈子一樣存放。FAT表記錄了每個文件的起始簇號、后繼簇號和終止簇號。FAT表中的每個表項對應數(shù)據(jù)存儲區(qū)中的1個簇，由于FAT表對文件管理的重要性，F(xiàn)AT表有1個備份。

DIR是根目錄區(qū)，緊接著第2個FAT表(FAT2)之后，記錄著根目錄下每個文件的起始簇號、大小等屬性。操作系統(tǒng)根據(jù)DIR中文件的起始簇號和大小，結合FAT表來定位文件。FAT16文件系統(tǒng)中1個文件的存儲示意圖如圖5所示。

3.2 SD卡指令規(guī)范

單片機通過相應指令與SD卡進行交互。SD卡有特定的指令格式，都是6字節(jié)長，最高有效位(MSB)傳輸優(yōu)先，如圖6所示。

SD卡指令的最高2位“01”是SD卡指令的開始標志，最后1位“1”是結束標志。6位的指令是SD卡的指令序號，例如CMD17的6位指令即17的二進制表示010001。指令參數(shù)占4字節(jié)，具體內容參照SD卡規(guī)范。7位CRC校檢的生成多項式為G(x)=x7+x3+1。事實上SD卡在進入SPI模式后，不再通過CRC碼來確認指令的傳輸正確與否，指令中的7為CRC校檢，只在SD模式下起作用。因此僅SD卡上電后的第1條切換SPI模式指令CMd0 需要校檢碼，而此校檢碼是固定的0x95，其他指令的CRC均置1即可。SD卡響應有4種格式，不同指令對應不同響應，具體內容可參看SD卡規(guī)范。

3.3 SD卡讀寫驅動

3.3.1 SPI時序模擬

用軟件來模擬SPI總線的具體方法是：將SCK的初始狀態(tài)置0，允許接收后(即CS置0)將SCK置1，這樣單片機由DI線輸出1位數(shù)據(jù)到SD卡;接著再將SCK置0，單片機由DO線從SD卡讀1位數(shù)據(jù)。至此，模擬1位數(shù)據(jù)輸入輸出完成。此后再將SCK置1，依次循環(huán)8次，完成SPI總線1字節(jié)數(shù)據(jù)的輸入輸出。

以下是本系統(tǒng)軟件模擬SPI時序的匯編代碼。以通用寄存器A作為函數(shù)參數(shù)，實現(xiàn)將寄存器A中的數(shù)據(jù)通過SPI總線發(fā)送出去，并將從SPI總線讀到的數(shù)據(jù)存到寄存器A中。

3.3.2 SD卡的初始化

SD卡的初始化流程如圖7所示。SD卡上電延時74個時鐘周期后，單片機向SD卡發(fā)送復位命令CMDO，使SD卡進入SPI模式。之后循環(huán)發(fā)送激活SD卡指令CMD1，直到接收到SD卡響應的第0位為0。

3.3.3 SD卡數(shù)據(jù)塊的讀寫

完成SD卡的初始化后，就可以對SD卡進行讀寫操作。讀寫操作都是通過指令來完成的：單塊寫命令CMD24，多塊寫命令CMD25;單塊讀命令 CMD17，多塊讀命令CMD18。單塊讀寫時，數(shù)據(jù)塊的長度為512字節(jié)，多塊讀寫時SD卡收到1個停止命令CMD12后停止讀寫。圖8、圖9分別是單塊讀、寫SD卡的軟件流程。

3.4 FAT16文件讀寫

按照FAT16文件系統(tǒng)的文件組織規(guī)范，編寫讀文件函數(shù)和寫文件函數(shù)。FAT16文件讀寫的軟件流程如圖10所示。