51单片机实现对SD卡的读写

作者：时间：2016-11-25 来源：网络

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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：

本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/201611/321134.htm

引脚编号	SD模式			SPI模式
引脚编号	名称	类型	描述	名称	类型	描述
1	CD/DAT3	IO或PP	卡检测/ 数据线3	#CS	I	片选
2	CMD	PP	命令/ 回应	DI	I	数据输入
3	VSS1	S	电源地	VSS	S	电源地
4	VDD	S	电源	VDD	S	电源
5	CLK	I	时钟	SCLK	I	时钟
6	VSS2	S	电源地	VSS2	S	电源地
7	DAT0	IO或PP	数据线0	DO	O或PP	数据输出
8	DAT1	IO或PP	数据线1	RSV
9	DAT2	IO或PP	数据线2	RSV

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
SD卡自身有完备的命令系统，以实现各项操作。命令格式如下：

命令的传输过程采用发送应答机制，过程如下：

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：

字节	位	含义
1	7	开始位，始终为0
	6	参数错误
	5	地址错误
	4	擦除序列错误
	3	CRC错误
	2	非法命令
	1	擦除复位
	0	闲置状态

字节	位	含义
1	7	开始位，始终为0
	6	参数错误
	5	地址错误
	4	擦除序列错误
	3	CRC错误
	2	非法命令
	1	擦除复位
	0	闲置状态
2	7	溢出，CSD覆盖
	6	擦除参数
	5	写保护非法
	4	卡ECC失败
	3	卡控制器错误
	2	未知错误
	1	写保护擦除跳过，锁／解锁失败
	0	锁卡

字节	位	含义
1	7	开始位，始终为0
	6	参数错误
	5	地址错误
	4	擦除序列错误
	3	CRC错误
	2	非法命令
	1	擦除复位
	0	闲置状态
2～5	全部	操作条件寄存器，高位在前

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
//-----------------------------------------------------------------------------------------------
unsignedcharWrite_Command_SD(unsignedchar*CMD)
{
unsignedchartmp;
unsignedcharretry=0;
unsignedchari;
//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;i<0x06;i++)
{
Write_Byte_SD(*CMD++);
}
//获得16位的回应
Read_Byte_SD();//readthefirstbyte,ignoreit.
do
{//读取后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
初始化时序图：

初始化例程：

//--------------------------------------------------------------------------
初始化SD卡到SPI模式
//--------------------------------------------------------------------------
unsignedcharSD_Init()
{
unsignedcharretry,temp;
unsignedchari;
unsignedcharCMD[]={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;i<0x0f;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);//CMD0Error!
}
}
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);//CMD1Error!
}
}
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：

名称	域	数据宽度	CID划分
生产标识号	MID	8	[127:120]
OEM/应用标识	OID	16	[119:104]
产品名称	PNM	40	[103:64]
产品版本	PRV	8	[63:56]
产品序列号	PSN	32	[55:24]
保留	－	4	[23:20]
生产日期	MDT	12	[19:8]
CRC7校验合	CRC	7	[7:1]
未使用，始终为1	－	1	[0:0]

它的读取时序如下：

与此时序相对应的程序如下：

//------------------------------------------------------------------------------------
读取SD卡的CID寄存器16字节成功返回0
//-------------------------------------------------------------------------------------
unsignedcharRead_CID_SD(unsignedchar*Buffer)
{
//读取CID寄存器的命令
unsignedcharCMD[]={0x4A,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};
unsignedchartemp;
temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16);//read16bytes
return(temp);
}

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