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1、 簡介：
SD卡（Secure Digital Memory Card）是一種為滿足安全性、容量、性能和使用環(huán)境等各方面的需求而設(shè)計的一種新型存儲器件，SD卡允許在兩種模式下工作，即SD模式和SPI模式，本 系統(tǒng)采用SPI模式。本小節(jié)僅簡要介紹在SPI模式下，STM32處理器如何讀寫SD卡，如果讀者如希望詳細(xì)了解SD卡，可以參考相關(guān)資料。 SD 卡內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳如下圖所示：
 2、SD卡管腳圖：  3、SPI模式下SD各管腳名稱為： sd 卡：  注： 一般SD有兩種模式：SD模式和SPI模式，管腳定義如下： （A）、SD MODE 1、CD/DATA3 2、CMD 3、VSS1 4、VDD 5、CLK 6、VSS2 7、DATA0 8、DATA1 9、DATA2 （B）、SPI MODE 1、CS 2、DI 3、VSS 4、VDD 5、SCLK 6、VSS2 7、DO 8、RSV 9、RSV SD 卡主要引腳和功能為： CLK：時鐘信號，每個時鐘周期傳輸一個命令或數(shù)據(jù)位，頻率可在0～25MHz之間變化，SD卡的總線管理器可以不受任何限制的自由產(chǎn)生0～25MHz 的頻率； CMD：雙向命令和回復(fù)線，命令是一次主機到從卡操作的開始，命令可以是從主機到單卡尋址，也可以是到所有卡；回復(fù)是對之前命令的回答，回復(fù)可以來自單 卡或所有卡； DAT0～3：數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)可以從卡傳向主機也可以從主機傳向卡。 SD卡以命令形式來控制SD卡的讀寫等操作?？筛鶕?jù)命令對多塊或單塊進行讀寫操作。在SPI模式下其命令由6個字節(jié)構(gòu)成，其中高位在前。SD卡命令 的格式如表1所示，其中相關(guān)參數(shù)可以查閱SD卡規(guī)范。 4、MicroSD卡管腳圖：  5、MicroSD卡管腳名稱：  SD 卡與MicroSD卡僅僅是封裝上的不同，MicroSD卡更小，大小上和一個SIM卡差不多，但是協(xié)議與SD卡相同。 一般我們用單片機操作SD 卡時，都不需要對FAT分區(qū)表信息做處理，原因如下： 1）、操作FAT分區(qū)表要增加程序代碼量、增加SRAM的消耗，對于便攜應(yīng)用來說代碼大小和 占用SRAM的多少至關(guān)重要。 2）、即使我們對FAT分區(qū)表不做任何了解，實際上我們一樣可以向SD卡上寫入數(shù)據(jù)，這就表明使用FAT對我們做數(shù) 據(jù)存儲應(yīng)用來說如同雞肋。 3）、耗費大量經(jīng)歷和時間去了解FAT分區(qū)表對于我們做嵌入式軟件開發(fā)的人來說有些得不償失。 4）、SD卡支持 兩種操作模式，SD模式和SPI模式，SPI模式做SD數(shù)據(jù)操作時根本不需要知道FAT，這時候SD卡對于我們來說實際上就是個大的、快速的、方便的、容 量可變的外部存儲器。 基于以上原因，一般情況下對SD卡的操作只需要了解SPI通訊就可以了，而現(xiàn)在大部分單片機都有SPI接口，那么操作SD卡 易如反掌。 以下是做SD卡試驗時使用的電路圖：  SD_CS/ 連接到單片機的片選SD管腳，只有單片機設(shè)置SD_CS/為低電平時才可以操作SD卡。 MOSI連接單片機SPI總線的MOSI管腳（SPI數(shù)據(jù) 輸入），單片機從這個管腳讀取SD卡內(nèi)的數(shù)據(jù)。 MISO連接單片機SPI總線的MISO管腳（SPI數(shù)據(jù)輸出）、單片機通過這個管腳向SD卡內(nèi)寫 入數(shù)據(jù)。 SCK連接單片機SPI總線的SCK(SPI時鐘） SD管腳實際上在SD卡內(nèi)部連接到了GND，當(dāng)SD插座上沒插入SD卡時，單 片機從這個管腳能讀到高電平（前提是使用單片機內(nèi)部上拉輸入，或者外部增加一個上拉電阻），一旦插入SD卡，這個管腳就變成低電平，這個功能用來檢測是否 插入SD卡。 RSV1和RSV2是保留功能管腳，不需要操作。 MicroSD卡的連接和SD卡大同小異，只是MicroSD卡比SD卡少 一個GND管腳，所以不能使用上面做的這種插入卡的檢測，實際上現(xiàn)在很多SD卡/MicroSD卡插座都有插入檢測管腳，當(dāng)然，一分錢一分貨，價格上當(dāng)然 也要貴一些 順便提一下，普通SD卡插座最多5塊錢。 SPI命令格式
以下是一個簡單的測試SD卡讀 寫的程序，程序是基于Atmega128單片機編寫的，對于Atmega的其他單片機僅需要做管腳改動就可以使用，其他單片機更改要更大。 sd.h //****************************************************************** //SPI 各線所占用的端口 #define SD_SS PB6 #define SD_SCK PB1 #define SD_MOSI PB2 #define SD_MISO PB3 //****************************************************************** #define SD_DDR DDRB #define SD_PORT PORTB #define SD_PIN PINB #define SD_SS_H SD_PORT |= (1< #define SDSS_L SD_PORT &= ~(1< #define SD_SCK_H SD_PORT |= (1< #define SD_SCK_L SD_PORT &= ~(1< #define SD_MOSI_H SD_PORT |= (1< #define SD_MOSI_L SD_PORT &= ~(1< #define SD_MISO_IN (SD_PIN&(1< //------------------------------------------------------------- // 錯誤號 //------------------------------------------------------------- #define INIT_CMD0_ERROR 0xFF #define INIT_CMD1_ERROR 0xFE #define WRITE_BLOCK_ERROR 0xFD #define READ_BLOCK_ERROR 0xFC #define TRUE 0x01 //------------------------------------------------------------- // MMC/SD 命令(命令號從40開始，只列出基本命令，并沒有都使用) //------------------------------------------------------------- #define SD_RESET 0x40 + 0 #define SD_INIT 0x40 + 1 #define SD_READ_CSD 0x40 + 9 #define SD_READ_CID 0x40 + 10 #define SD_STOP_TRANSMISSION 0x40 + 12 #define SD_SEND_STATUS 0x40 + 13 #define SD_SET_BLOCKLEN 0x40 + 16 #define SD_READ_BLOCK 0x40 + 17 #define SD_READ_MULTI_BLOCK 0x40 + 18 #define SD_WRITE_BLOCK 0x40 + 24 #define SD_WRITE_MULTI_BLOCK 0x40 + 25 //片選關(guān)(MMC/SD-Card Invalid) #define SD_Disable() SD_SS_H //片選開 (MMC/SD-Card Active) #define SD_Enable() SD_SS_L SD_TEST.C //****************************************************************************************/ //ICC-AVR application builder : 03-5-20 8:39:11 // Target : M128 // Crystal: 3.6864Mhz #include #include #include 'sd.h' void uart0_init(void); void putchar(unsigned char content); void putstr(unsigned char *s); void SD_Port_Init(void); unsigned char SD_Init(void); unsigned char SD_write_sector(unsigned long addr,unsigned char *Buffer); unsigned char SD_read_sector(unsigned long addr,unsigned char *Buffer); unsigned char SPI_TransferByte(unsigned char byte); unsigned char Write_Command_SD(unsigned char cmd,unsigned long address); unsigned long SD_find(void); //************************************************************************** // 串口調(diào)試程序 //************************************************************************** void uart0_init(void) { UCSR0B = 0x00; //disable while setting baud rate UCSR0A = 0x00; UCSR0C = 0x06; // 00000110 UART0設(shè)置為異步模式、無奇偶校驗、1位停止位、8位數(shù)據(jù)位 UBRR0L = 0x17; //set baud rate lo UBRR0H = 0x00; //set baud rate hi 設(shè)置UART0口通信速率9600 UCSR0B = 0x18; } void putchar(unsigned char content) { while(!(UCSR0A & (1 << UDRE0))); /* 判斷上次發(fā)送有沒有完成 */ UDR0 = content; /* 發(fā)送數(shù)據(jù) */ } void putstr(unsigned char *s) { while(*s) { putchar(*s); s++; } } //**************************************************************************** // 端口初始化 void SD_Port_Init(void) //**************************************************************************** { SD_PORT |= (1<< SD_DDR |= (1<<< SD_DDR &= ~(1< } //**************************************************************************** // 初始化 MMC/SD 卡為SPI模式 unsigned char SD_Init(void) //**************************************************************************** { unsigned char retry,temp; unsigned char i; SPCR=0x53; //設(shè)定SPI為128分頻，慢速進行初始化 SPSR=0x00; for (i=0;i<0x0f;i++) { SPI_TransferByte(0xff); //延遲74個以上的時鐘 } SD_Enable(); //開片選 SPI_TransferByte(SD_RESET); //發(fā)送復(fù)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); //發(fā)送初始化命令 retry++; if(retry==100) //重試100次 { SD_Disable(); //關(guān)片選 return(INIT_CMD1_ERROR); //如果重試100次失敗返回錯誤號 } }while(temp!=0); MSD_Disable(); //關(guān)片選 SPCR=0x50; //設(shè)置SPI為2分頻。進行高速讀寫 SPSR=0x01; return(TRUE); //返回成功 } //**************************************************************************** // 發(fā)送命令給 MMC/SD卡 //Return: 返回MMC/SD卡對命令響應(yīng)的第2字節(jié)，作為命令成功判斷 unsigned char Write_Command_SD(unsigned char cmd,unsigned long address) //**************************************************************************** { unsigned char tmp; unsigned char retry="0"; SD_Disable(); SPI_TransferByte(0xFF); SD_Enable(); SPI_TransferByte(cmd); //將32位地址進行移位作為地址字節(jié) 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); //發(fā)送8個時鐘接受最后一個字節(jié) retry++; }while((tmp==0xff)&&(retry<8)); return(tmp); } //**************************************************************************** // 寫一個扇區(qū)(512Byte) to MMC/SD-Card //如果寫完成返回TRUE unsigned char SD_write_sector(unsigned long addr,unsigned char *Buffer) //**************************************************************************** { unsigned char temp; unsigned int i; SPI_TransferByte(0xFF); //延遲8個時鐘 SD_Enable(); //開片選 temp = Write_Command_MMC(MMC_WRITE_BLOCK,addr<<9); //發(fā)送寫扇區(qū)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++); //發(fā)送512字節(jié)數(shù)據(jù) } //CRC-Byte SPI_TransferByte(0xFF); //Dummy CRC SPI_TransferByte(0xFF); //CRC Code temp = SPI_TransferByte(0xFF); //讀SD卡運行響應(yīng) if((temp & 0x1F)!=0x05) //如果最后4位為0101，為操作成功。否則為操作失敗。 { SD_Disable(); return(WRITE_BLOCK_ERROR); //返回錯誤 } while (SPI_TransferByte(0xFF) != 0xFF); SD_Disable(); return(TRUE); //返回成功 } //**************************************************************************** // 讀512字節(jié) from MMC/SD-Card //如果成功返回TRUE unsigned char SD_read_sector(unsigned long addr,unsigned char *Buffer) //**************************************************************************** { unsigned char temp; unsigned int i; unsigned char data; SPI_TransferByte(0xff); MMC_Enable(); temp = Write_Command_SD(SD_READ_BLOCK,addr<<9);//發(fā)送讀扇區(qū)命令 if(temp != 0x00) { SD_Disable(); return(READ_BLOCK_ERROR); //返回錯誤號 } while(SPI_TransferByte(0xff) != 0xfe); for(i=0;i<512;i++) { data = SPI_TransferByte(0xff); //存數(shù)據(jù) *Buffer++=data; } SPI_TransferByte(0xff); //讀CRC碼 SPI_TransferByte(0xff); //讀CRC碼 SD_Disable(); return(TRUE); //返回成功 } //************************************************************************** // 查找數(shù)據(jù)開始標(biāo)志（預(yù)設(shè)DATASTART）根據(jù)實際需要刪改 //************************************************************************** unsigned long SD_find(void) { unsigned long tmp="400"; unsigned char data[512]; do { SD_read_sector(tmp,data); //從0扇區(qū)開始查找 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'))); return tmp; //返回開始標(biāo)志的下一個扇區(qū) } //************************************************************************** // 發(fā)送一個字節(jié) //************************************************************************** unsigned char SPI_TransferByte(unsigned char byte) { SPDR = byte; while (!(SPSR & 0x80)); //檢測線路是否空閑 return SPDR; } //************************************************************************** // 主程序例子 //************************************************************************** void main(void) { unsigned long temp; unsigned char data[512]; unsigned char data2[512]={'sssssssssssssssssssssssss'}; unsigned char comm1[]={'\r\nhello world\r\n'}; unsigned char comm2[]={'\r\nSD_INIT OK\r\n'}; uart0_init(); SD_Port_Init(); //端口初始化 if(SD_Init()== 0x01) { //SD卡初始化，并讀取返回值 putstr(comm2); } temp="SD"_find(); //查找DATASTART數(shù)據(jù)開始標(biāo)志，返回下一扇區(qū)地址 SD_read_sector(1001,data); //讀取temp地址的512字節(jié)數(shù)據(jù)，512字節(jié)數(shù)據(jù)存入data數(shù)組 putstr(data); SD_write_sector(temp,data2); //將data2數(shù)組512字節(jié)數(shù)據(jù)寫入temp扇區(qū) } 測試程序很簡單，僅僅是做了一下讀寫SD卡的測試。 關(guān)于SD卡的幾點注意事項。 1、無論我們愿意不愿意，SD卡每次讀寫數(shù)據(jù)的最小單位是1個扇區(qū)，即512個字節(jié)。 2、SD卡與單片機連接的 SPI總線不能太長，要盡量短。這樣的好處是速度可以更快，也不容易出錯。 3、雖然我們并不關(guān)心FAT文件表，但是我們?nèi)匀灰P(guān)心SD卡的存儲結(jié)構(gòu)，如果我們不想使用PC機來讀取保存在SD卡上的數(shù)據(jù)那我們就不用關(guān)心SD存儲結(jié)構(gòu)了。但，作為一個大容量的可移動存儲設(shè)備，不能用PC機來讀取是個很大的遺憾，我解決這個遺憾的方法如下： 3-1、因為我不了解FAT復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，所以我做的程序沒法去按照FAT表的各項功能來進行創(chuàng)建文件、刪除文件、創(chuàng)建目錄等等操作。 3-2、雖然我們的單片機不能創(chuàng)建文件，但是PC機是可以創(chuàng)建文件的啊！所以我使用PC機將SD卡格式化，之后在SD卡上創(chuàng)建一個大文件，比如我的128M的SD卡上我建立了一個100M的文件。這里需要注意一下，一般使用windows創(chuàng)建文件的功能時是沒有辦法指定創(chuàng)建文件的大小的，空文件就是0個字節(jié)的長度，而我們是需要一個固定長度的文件的，所以我用VC編寫了一個小軟件，這個軟件可以為我創(chuàng)建一個100M長度的空文件，記住，這點很重要：一個固定長度的空文件 3-3、雖然我們建立了個文件在SD卡上，可是我們因為不去了解FAT表，所以我們一樣不知道這個文件到底位于SD卡的什么地方，不要以為它會在0字節(jié)的地方開始，為了找到這個文件的開始位置，我們可以在建立的那個空文件的開頭寫上幾個字符，比如我程序里面寫的“DATASTART”，接下來我們要做的就是一個扇區(qū)一個扇區(qū)的去找這個幾個特殊的字符，這是個笨方法，但卻是最簡單直觀的方法。這個方法有兩個缺點：a、如果文件建立在整個SD卡的后面，那找到這個文件需要漫長的等待。b、如果碰巧某個文件里面也有我們定義的那個特殊字符串的話，那就亂套了！不過好在我們使用的SD卡一般都是專用的，并不能拿去做其他應(yīng)用，比如從公司copy點文件回家之類的，那就能保證這個SD卡上文件的簡單性，即只有我們需要的那個文件，其他文件并不存在，而且這個文件肯定會從SD卡開始的那些扇區(qū)中的某一個開始。這樣說來的話找到這個字符串也不是那么慢嘛！^_^。不過這里要建議一下，在使用SD卡之前最好用windows將它完全格式話一下。 3-4、一旦我們找到了我們要寫入文件的起始位置（它一般表示為一個扇區(qū)號），那我們就可以在這個起始扇區(qū)的下一個扇區(qū)寫入數(shù)據(jù)了。 4、OK，看起來很簡單！有了這種存儲方式我們還需要IIC接口的 EEPROM干嗎呢？ |
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