SD卡在单片机系统上的应用

SD卡在现在的日常生活与工作中使用非常广泛，时下已经成为最为通用的数据存储卡。在诸如MP3、数码相机等设备上也都采用SD卡作为其存储设备。SD卡之所以得到如此广泛的使用，是因为它价格低廉、存储容量大、使用方便、通用性与安全性强等优点。既然它有着这么多优点，那么如果将它加入到单片机应用开发系统中来，将使系统变得更加出色。这就要求对SD卡的硬件与读写时序进行研究。对于SD卡的硬件结构，在官方的文档上有很详细的介绍，如SD卡内的存储器结构、存储单元组织方式等内容。要实现对它的读写，最核心的是它的时序，笔者在经过了实际的测试后，使用51单片机成功实现了对SD卡的扇区读写，并对其读写速度进行了评估。下面先来讲解SD卡的读写时序。

（1） SD卡的引脚定义

SD卡引脚功能详述：

注：S：电源供给 I：输入 O：采用推拉驱动的输出

PP：采用推拉驱动的输入输出

SD卡SPI模式下与单片机的连接图：

SD卡支持两种总线方式：SD方式与SPI方式。其中SD方式采用6线制，使用CLK、CMD、DAT0~DAT3进行数据通信。而SPI方式采用4线制，使用CS、CLK、DataIn、DataOut进行数据通信。SD方式时的数据传输速度与SPI方式要快，采用单片机对SD卡进行读写时一般都采用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。这里只对其SPI方式进行介绍。

（2）SPI方式驱动SD卡的方法

SD卡的SPI通信接口使其可以通过SPI通道进行数据读写。从应用的角度来看，采用SPI接口的好处在于，很多单片机内部自带SPI控制器，不光给开发上带来方便，同时也见降低了开发成本。然而，它也有不好的地方，如失去了SD卡的性能优势，要解决这一问题，就要用SD方式，因为它提供更大的总线数据带宽。SPI接口的选用是在上电初始时向其写入第一个命令时进行的。以下介绍SD卡的驱动方法，只实现简单的扇区读写。

1） 命令与数据传输

1. 命令传输

每一个命令都有自己命令应答格式。在SPI模式中定义了三种应答格式，如下表所示：

写命令的例程：

//-------------------------------------------------------------------------
向SD卡中写入命令，并返回回应的第二个字节 
//-------------------------------------------------------------------------
unsigned char Write_Command_SD(unsigned char *CMD)
{ 
 unsigned char tmp;
 unsigned char retry=0;
 unsigned char i;
 //禁止SD卡片选
    SPI_CS=1; 
 //发送8个时钟信号
    Write_Byte_SD(0xFF); 
 //使能SD卡片选
    SPI_CS=0; 
 //向SD卡发送6字节命令
 for (i=0;i0x06;i++)
    { 
        Write_Byte_SD(*CMD++); 
    } 
 //获得16位的回应
Read_Byte_SD(); //read the first byte,ignore it.
 do 
{ //读取后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，只有进行了正确的初始化，才能进行后面的各项操作。在初始化过程中，SPI的时钟不能太快，否则会造初始化失败。在初始化成功后，应尽量提高SPI的速率。在刚开始要先发送至少74个时钟信号，这是必须的。在很多读者的实验中，很多是因为疏忽了这一点，而使初始化不成功。随后就是写入两个命令CMD0与CMD1，使SD卡进入SPI模式

初始化例程：

//----------------------------------------------------------
初始化SD卡到SPI模式 
//----------------------------------------------------------
unsigned char SD_Init()
{ 
 unsigned char retry,temp;
 unsigned char i;
 unsigned char CMD[] = {0x40,0x00,0x00,0x00,0x00,0x95};
SD_Port_Init(); //初始化驱动端口
Init_Flag=1; //将初始化标志置1
 for (i=0;i0x0f;i++)
    { 
Write_Byte_SD(0xff); //发送至少74个时钟信号
    } 
 //向SD卡发送CMD0
    retry=0; 
 do 
{ //为了能够成功写入CMD0,在这里写200次
        temp=Write_Command_SD(CMD); 
        retry++; 
 if(retry==200)
{ //超过200次
 return(INIT_CMD0_ERROR); //CMD0 Error!
        } 
    } 
 while(temp!=1); //回应01h，停止写入
 //发送CMD1到SD卡
CMD[0] = 0x41; //CMD1
    CMD[5] = 0xFF; 
    retry=0; 
 do 
{ //为了能成功写入CMD1,写100次
        temp=Write_Command_SD(CMD); 
        retry++; 
 if(retry==100)
{ //超过100次
 return(INIT_CMD1_ERROR); //CMD1 Error!
        } 
    } 
 while(temp!=0); //回应00h停止写入
Init_Flag=0; //初始化完毕，初始化标志清零
SPI_CS=1; //片选无效
 return(0); //初始化成功
} 

3） 读取CID

CID寄存器存储了SD卡的标识码。每一个卡都有唯一的标识码。

CID寄存器长度为128位。它的寄存器结构如下：