1、51單片機實現(xiàn)對SD卡的讀寫SD卡在現(xiàn)在的日常生活與工作中使用非常廣泛，時下已經(jīng)成為最為通用的數(shù)據(jù)存儲卡。在諸如MP3數(shù)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(yōu)點。既然它有著這么多優(yōu)點，那么如果將它加入到單片機應用開發(fā)系統(tǒng)中來，將使系統(tǒng)變得更加出色。這就要求對SD#的硬件與讀寫時序進行研究。對于SD#的硬件結構，在官方的文檔上有很詳細的介紹，如SD卡內(nèi)的存儲器結構、存儲單元組織方式等內(nèi)容。要實現(xiàn)對它的讀寫，最核心的是它的時序，筆者在經(jīng)過了實際的測試后，使用51單片機成功實現(xiàn)了對SD卡的扇區(qū)讀寫，并對

2、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:1;引腳編號SD模式-SPI模式名稱描述名稱類型描述1CS/DAT3IO或PP卡檢測/數(shù)據(jù)線3#CSI片選2CMDpp命令/回應DII數(shù)據(jù)輸入3VsS1S電源地VSSS電源地4VDdS電源VDDS電源5CLKI時鐘SCLKI時鐘6VsS2S電源地VSS2S電源地7DAT0IO或PP數(shù)據(jù)線0DOO或PP數(shù)據(jù)輸出8DAT1IO或PP數(shù)據(jù)線1RSV9rDAT2IO或PP數(shù)據(jù)線2RSV注：S:電源供給I:輸入O:采用推拉驅(qū)動的輸出PP:采用推拉驅(qū)動的輸入輸出SD卡SPI模式下與單片機的連接圖:090kves

3、t*CT«C1K-SC>-¥532-a-m-苗MOBl單片機tec*DATtFiriSD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CLKCMDDAT0DAT3行數(shù)據(jù)通信。而SPI方式采用4線制，使用CSCLKDataln、DataOut進行數(shù)據(jù)通信。SD方式時的數(shù)據(jù)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卡工彳于SD方式或SPI方式。這里只對其SPI方式進行介紹。(2) SPI方式驅(qū)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(shù)據(jù)讀寫。從應用的角度來看，采用

4、SPI接口的好處在于，很多單片機內(nèi)部自帶SPI控制器，不光給開發(fā)上帶來方便，同時也見降低了開發(fā)成本。然而，它也有不好的地方，如失去了SD卡的性能優(yōu)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(shù)據(jù)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(qū)動方法，只實現(xiàn)簡單的扇區(qū)讀寫。1) 命令與數(shù)據(jù)傳輸1 .命令傳輸SD卡自身有完備的命令系統(tǒng)，以實現(xiàn)各項操作。命令格式如下：此典為I說嬖主機給SD卡的命爭開始位船駕為工_、j命芋容丁使。劉學日評定位蛤用為】Q1CONTENTCRC1'總長度為曲個位，即G個字節(jié)命令的傳輸過程采用發(fā)送應答機制，過程如下:I)

5、jtainHcoinmntidiramwhair如下表所小: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,字節(jié)位含義17:開始位，始終為06z參數(shù)錯誤5J地址錯誤4:察除序列錯誤3(CRC昔誤2二上法命令14察除復位01對置狀態(tài)了節(jié)位含義17開始位，始終為06參數(shù)錯誤5地址錯誤4擦除序列錯誤3CRC昔誤2非法命令1擦除復位0對置狀態(tài)27溢出，CSC®蓋6擦除參數(shù)5寫保護非法4卡ECOfe敗3卡控制器錯誤2未知錯誤1寫保護擦除跳過，鎖/解鎖失敗0鎖卡字節(jié)位含義17開始位，始終為06參數(shù)錯誤5地址錯誤4擦除序列錯誤一3CRC昔誤2非法命令1擦除復位0閑置狀態(tài)25全部操

6、作條件寄存器，高位在前寫命令的例程:/向SD卡中寫入命令，并返回回應的第二個字節(jié)unsignedchar/Write_Command_SDUnsignedchar*CMD)unsignedchartmp;unsignedcharretry=0;unsignedchari;/禁止SD卡片選SPI_CS=1;/發(fā)送8個時鐘信號Write_Byte_SD(0xFF);/使能SD卡片選SPI_CS=0;/向SD卡發(fā)送6字節(jié)命令for(i=0;i<0x06;i+)(Write_Byte_SD(*CMD+);/獲彳導16位的回應it.Read_Byte_SD();/readthefirstbyte,

7、ignoredo/讀取后8位tmp=Read_Byte_SD();retry+;while(tmp=0xff)&&(retry<100);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(fā)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CMD(0fCMD1使$嚇進入SP模式Cik(CML»IN1DATA1OUT初始化時序圖:

8、elkCS(CM口IN(DATAOUT兇兇嶇：yonuOOh初始化例程:/初始化SD卡到SPI模式/unsignedcharSD_Init()(unsignedcharretry,temp;unsignedchari;unsignedcharCMD口=0x40,0x00,0x00,0x00,0x00,0x95;SD_Port_Init();/初始化驅(qū)動端口Init_Flag=1;/將初始化標志置1for(i=0;i<0x0f;i+)Write_Byte_SD(0xff);/發(fā)送至少74個時鐘信號/向SD卡發(fā)送CMD0retry=0;do/為了能夠成功寫入CMDC這里寫200次temp=W

9、rite_Command_SD(CMD);retry+;if(retry=200)/超過200次return(INIT_CMD0_ERROR/CMD0Error!while(temp!=1);/回應01h,停止寫入/發(fā)送CMD倒SD卡CMD0=0x41;/CMD1CMD5=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/CMD1Error!while(temp!=0);/回應00h停止寫入Init_Flag=0;/初始化完畢，初

10、始化標志清零SPI_CS=1;/片選無效return(0);/初始化成功)3) 讀取CIDCID寄存器存儲了S嚇的標識碼。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：名稱域數(shù)據(jù)寬度CID劃分生產(chǎn)標識號MID8127:120OEM應用標識OID16119:104產(chǎn)品名稱PNM40103:64產(chǎn)品版本PRV863:56產(chǎn)品序列號PSN3255:24保留一423:20生產(chǎn)日期MDT1219:8CRC菽驗合CRC77:1未使用，始終為1一10:0它的讀取時序如下:(CtlDjIM(OATA)OUT8州為Ca：0I7;H、1h再Q(mào)A皿532的兇反兇1/1*I:»11

11、*MM：翊賣：TT國匕心心口以與此時序相對應的程序如下:/讀取SD卡的CID寄存器16字節(jié)成功返回0/unsignedcharRead_CID_SD(nsignedchar*Buffer)/讀取CID寄存器的命令unsignedcharCMD=0x4A,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF;unsignedchartemp;temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16);/read16bytesreturn(temp);4)讀取CSDCSD(Card-SpecificData)寄存器提供了讀寫SD卡的一些信息。其中的一些單元可以由用戶重新編程。具體的CSM構如下

12、：名稱域數(shù)據(jù)寬度單元CSDJ分CS陰構CSD_STRUCTURE2R127:126保留-6R125:120數(shù)據(jù)讀取時間1TAAC8R119:112數(shù)據(jù)在CLK周期內(nèi)讀取時間2(NSAC*100NSAC8R111:104最大數(shù)據(jù)傳輸率TRAN_SPEED8R103:96卡命令集合CCC12R95:84最大讀取數(shù)據(jù)塊長READ_BL_LEN4R83:80允許讀的部分塊READ_BL_PARTIAL1R79:79非線寫塊WRITE_BLK_MISALIGN1R78:78非線讀塊READ_BLK_MISALIGN1R77:77DS舔件DSR_IMP1R76:76保留-2R75:74設備容量C_SIZE

13、12R73:62最大讀取電流VminVDD_R_CURR_MIN3R61:59最大讀取電流VmaxVDD_R_CURR_MAX3R58:56最大寫電流VDmin'VDDWCURRMIN3R55:53最大寫電流VmaxVDDWCURRMAX3R52:50設備容量乘子C_SIZE_MULT3R49:47擦除單塊使能ERASE_BLK_EN1R46:46擦除扇區(qū)大小SECTOR_SIZE7R45:39寫保護群大小WP_GRP_SIZE7R38:32寫保護群使能WP_GRP_ENABLE1R31:31保留-2R30:29寫速度因子R2W_FACTOR3R28:26最大寫數(shù)據(jù)塊長度WRITE_B

14、L_LEN4R25:22允許寫的部分部WRITE_BL_PARTIAL1R21:21保留-5R20:16文件系統(tǒng)群FILE_OFRMAT_GRP1R/W15:15拷貝標志COPY1R/W14:14永久寫保護PERM_WRITE_PROTECT1R/W13:13暫時寫保護TMP_WRITE_PROTECT1R/W12:12文件系統(tǒng)FIL_FORMAT2R/W11:10保留-2R/W9:8CRCCRC7R/W7:1未用，始終為1-10:0(CMD)IN國IM(DATA)OUTFFH6x2審Xg,"!£<EGF,二讀取CSD的時序:a49hiCMMi相應的程序例程如下:/讀

15、SD卡的CSDS存器共16字節(jié)返回0說明讀取成功charReadCSDchar*/讀取CSDJ存器的命令unsignedcharCMD=0x49,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF;unsignedchartemp;temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16);/read16bytesreturn(temp);4) 讀取SD卡信息以下程序可以獲取這綜合上面對CID與CSDW存器的讀取，可以知道很多關于SD卡的信息,些信息。如下：/返回/SD卡的容量，單位為M/sectorcountandmultiplierMBarein/u08=C_SIZE/(2A(9-C

16、_SIZE_MULT)/SD卡的名稱/voidSD_get_volume_info()unsignedchari;unsignedcharc_temp5;VOLUME_INFO_TYPED_volume_Info,*vinf;vinf=&SD_volume_Info;/Initthepointoer;/讀取CSDU存器Read_CSD_SD(sectorBuffer.dat);/獲取總扇區(qū)數(shù)vinf->sector_countvinf->sector_countvinf->sector_countvinf->sector_countvinf->sector

17、_count/獲取multipliervinf->sector_multiplyvinf->sector_multiplyvinf->sector_multiply=sectorBuffer.dat6<<=8;+=sectorBuffer.dat7;<<=2;+=(sectorBuffer.dat8=sectorBuffer.dat9<<=1;+=(sectorBuffer.dat10&0x03;&0xc0)>>&0x03;&0x80)6;>>7;/獲取SD卡的容量vinf->s

18、izeMBvinf->sector_count>>(9-vinf->sector_multiply);/getthenameofthecardRead_CID_SD(sectorBuffer.dat);vinf->name0vinf->name1vinf->name2vinf->name3vinf->name4vinf->name5)sectorBuffer.dat3;sectorBuffer.dat4;sectorBuffer.dat5;sectorBuffer.dat6;sectorBuffer.dat7;0x00;/endfla

19、gtypedefstruct以上程序?qū)⑿畔⒀b載到一個結構體中，這個結構體的定義如下:SDVOLUMEINFO/SD/SDCardinfounsignedunsignedunsignedunsignedintcharintcharsize_MB;sector_multiply;sector_count;name6;VOLUME_INFO_TYPE;5)扇區(qū)讀扇區(qū)讀是對SD卡驅(qū)動的目的之一。SD卡的每一個扇區(qū)中有512個字節(jié)，一次扇區(qū)讀操作將把某一個扇區(qū)內(nèi)的512個字節(jié)全部讀出。過程很簡單，先寫入命令，在得到相應的回應后，開始數(shù)據(jù)讀取。扇區(qū)讀的時序：(LMD)lhr-(DATA)OUT»

20、BytesMtbyCMD161Default512)扇區(qū)讀的程序例程:char*buffer)unsignedcharSD_Read_Sector(unsignedlongsector,unsigned(unsignedcharretry;0x51,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF;/命令16unsignedcharCMD口unsignedchartemp;/地址變換由邏輯塊地址轉(zhuǎn)為字節(jié)地址sector=:sector<<9;/sector=sector*512CMD1=二(sector&0xFF000000)>>24);CMD2=二(secto

21、r&0x00FF0000)>>16);CMD3=二(sector&0x0000FF00)>>8);/將命令16寫入SD卡retry=0;do/為了保證寫入命令一共寫100次temp=Write_Command_MMC(CMD);retry+;if(retry=100)return(READ_BLOCK_ERROR/blockwriteError!while(temp!=0);/ReadStartByteformMMC/SD-Card(FEh/StartByte)/Nowdataisready,youcanreaditout.while(Read_Byte

22、_MMC()!=0xfe);readPos=0;SD_get_data(512,buffer);/512字節(jié)被讀出到buffer中return0;其中SD_get_data函數(shù)如下：/獲取數(shù)據(jù)到buffer中/voidSD_get_data(unsignedintBytes,unsignedchar*buffer)(unsignedintj;for(j=0;j<=""span=""style="word-wrap:break-word;”>*buffer+=Read_Byte_SD();6)扇區(qū)寫扇區(qū)寫是SD卡驅(qū)動的另一目的。每次扇

23、區(qū)寫操作將向SD卡的某個扇區(qū)中寫入512個字節(jié)。過程與扇區(qū)讀相似，只是數(shù)據(jù)的方向相反與寫入命令不同而已。扇區(qū)寫的時序：扇區(qū)寫的程序例程:/寫512個字節(jié)到SD卡的某一個扇區(qū)中去返回0說明寫入成功/unsignedcharSD_write_sector(unsignedlongaddr,unsignedchar*Buffer)(unsignedchartmp,retry;unsignedinti;/命令24unsignedcharCMD口=0x58,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF;addr=addr<<9;/addr=addr*512CMD1=(addr&0xFF000000)>>24);CMD2=(addr&0x00FF0000)>>16);CMD3=(addr&0x0000FF00)&