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1、SD卡引脚电路图及工作原理介绍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
2、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：11111111I , 2345670 9SD MemoryCardSD卡引脚功能详述:引脚SD模式SPI模式编R名称描述名称描述1CD/DAT3IO 或 PP卡检测/#CSI片选数据线32CMDPP命令/DII数据输入回应3V SS1S电源地VSSS电源地4V DDS电源VDDS电源5CLKI时钟SCLKI时钟6V SS2S电源地VSS2S电源地DAT08DAT19DAT2IO或PP数据线0IO或PP数据线1RSVIO或PP数据线2RSVDOO或PP数据输出S:电源供给I:输入 O:采用推拉驱动的输出PP
3、: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:Cb4i£<MrOfil¥331H均白Mm «-MTi'CS单片机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、 DAT0DAT3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
4、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：此位为1说明是 主机给EI卡的命令开始位始终为。命等容7位匚配?码/束位始终为IU | 1 | CON
5、TENTCRC 1忠长度为的个位，即6个字节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7开始位，始终为06参数错误5地址错误14擦除序列错误3CRC错误2非法命令1擦除复位0闲置状态字节 位 含义765143210765开始位，始终为0参数错误地址错误擦除序列错误CRC错误非法命令擦除复位闲置状态溢出，CSD覆盖擦除参数写保护非法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76514321025 全部开始位，始终为0参数错误地址错误擦除序列错误CRC错误非
6、法命令擦除复位闲置状态操作条件寄存器，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/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;i<0x06;i+)(Write_Byte_SD(*CMD+);/获得16位的回应Read_Byte_SD()
7、; /read the first byte,ignore it.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
8、模式初始化时序图：dkMT闻如L01h(CMD) IN(DATA) OUT Ncr iJin iCMOU8k48#4 CW*'uODh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口 = 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1for (i=0;i<0x0f;i+)Write_Byte_SD(0xff); / 发送至
9、少74个时钟信号向SD卡发送CMD0retry=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CMD0 = 0x41; /CMD1CMD5 = 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_
10、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CIDCID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MID8127:120OEM/应用标识OID16119:104产品名称PNM40103:64产品版本PRV863:56产品序列号PSN3255:24保留一423:20生产日期MDT1219:8CRC7校验合CRC77:1未
11、使用，始终为1一10:0它的读取时序如下:MtXMD i1 Me*CSi：CMOHN(DATA OUTmor4AJ1F 向*-U-IMori与此时序相对应的程序如下:/读取SD卡白CID寄存器 16字节成功返回0/unsigned char Read_CID_SD(unsigned char *Buffer)(/读取CID寄存器的命令unsigned char CMD口 = 0x4A,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF;unsigned char temp;temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16); /read 16 bytesreturn(temp);
12、4)读取CSDCSD (Card-Specific Data )寄存器提供了读写 SD卡的一些信息。其中的一些单元可以由用户重新编程。具体的 CSD结构如下：名称域数据宽度单元CSD戈ij分CSD结构CSD_STRUCTURE2R127:126保留-6R125:120数据读取时间1TAAC8R119:112数据在CLK周期内读取NSAC8R111:104时间 2 (NSAC*100 )最大数据传输率TRAN_SPEED8R103:96卡命令集合CCC12R95:84最大读取数据块长READ_BL_LEN4R83:80允许读的部分块READ_BL_PARTIAL1R79:79非线写块WRITE_
13、BLK_MISALIGN1R78:78非线读块READ_BLK_MISALIGN1R77:77DSR条件DSR_IMP1R76:76保留-2R75:74设备容量C_SIZE12R73:62最大读取电流V dd minVDD_R_CURR_MIN3R61:59最大读取电流V dd maxVDD_R_CURR_MAX3R58:56取人与 电沆 V dd minVDD_W_CURR_MIN3R55:53最大与电流 Vdd maxVDD_W_CURR_MAX3R52:50设备容量乘子C_SIZE_MULT3R49:47擦除单块使能ERASE_BLK_EN1R46:46擦除扇区大小SECTOR_SIZE
14、7R45:39写保护群大小WP_GRP_SIZE7R38:32写保护群使能WP_GRP_ENABLE1R31:31保留-2R写速度因子R2W_FACTOR3R最大写数据块长度WRITE_BL_LEN4R允许写的部分部WRITE_BL_PARTIAL1R保留-5R文件系统群FILE_OFRMAT_GRP1R/W拷贝标志COPY1R/W永久写保护PERM_WRITE_PROTECT1R/W暂时写保护TMP_WRITE_PROTECT1R/W文件系统FIL_FORMAT2R/W保留-2R/WCRCCRC7R/W未用，始终为1-130:2928:2625:2221:2120:1615:1514:141
15、3:1312:1211:109:87:10:0读取CSD的时序:a3(CMD) IN 一M(DATA) OUTt rn Cfii8 X IS土鼻i r*CM询88REh (Start ByteU :：S11“TiOw Jk相应的程序例程如下：/读SD卡的CSD寄存器 共16字节 返回0说明读取成功/unsigned char Read_CSD_SD(unsigned char *Buffer)(/读取CSD寄存器的命令unsigned char CMD = 0x49,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF;unsigned char temp;temp=SD_Read_Block(C
16、MD,Buffer,16); /read 16 bytesreturn(temp);4) 读取SD卡信息综合上面对CID与CSD寄存器的读取，可以知道很多关于SD卡的信息，以下程序可以获取这些信息。如下：/返回/ SD卡的容量，单位为 M/ sector count and multiplier MB are inu08 = C_SIZE / (2A(9-C_SIZE_MULT)/ SD卡的名称/void SD_get_volume_info()(unsigned char i;unsigned char c_temp5;VOLUME_INFO_TYPE SD_volume_Info,*vin
17、f;vinf=&SD_volume_Info; /Init the pointoer;/读取CSD寄存器Read_CSD_SD(sectorBuffer.dat);/获取总扇区数vinf->sector_count = sectorBuffer.dat6 & 0x03;vinf->sector_count <<= 8;vinf->sector_count += sectorBuffer.dat7;vinf->sector_count <<= 2;vinf->sector_count += (sectorBuffer.dat8
18、 & 0xc0) >> 6;/ 获取 multipliervinf->sector_multiply = sectorBuffer.dat9 & 0x03;vinf->sector_multiply <<= 1;vinf->sector_multiply += (sectorBuffer.dat10 & 0x80) >> 7;/获取SD卡的容量vinf->size_MB = vinf->sector_count >> (9-vinf->sector_multiply);/ get the
19、 name of the cardRead_CID_SD(sectorBuffer.dat);vinf->name0 = sectorBuffer.dat3;vinf->name1 = sectorBuffer.dat4;vinf->name2 = sectorBuffer.dat5;vinf->name3 = sectorBuffer.dat6;vinf->name4 = sectorBuffer.dat7;vinf->name5 = 0x00; /end flag)以上程序将信息装载到一个结构体中，这个结构体的定义如下:typedef struct SD_VOLUME_INFO /SD/SD Card infounsigned int size_MB;unsigned char sector_multiply;unsigned int sector_count;unsigned char name6; VOLUME_INFO_TYPE;