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:
引脚 编号
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SD模式
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SPI模式
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名称
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类型
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描述
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名称
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类型
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描述
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1
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CD/DAT3
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IO或PP
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卡检测/ 数据线3
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#CS
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I
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片选
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2
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CMD
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PP
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命令/ 回应
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DI
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I
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数据输入
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3
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VSS1
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S
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电源地
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VSS
|
S
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电源地
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4
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VDD
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S
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电源
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VDD
|
S
|
电源
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5
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CLK
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I
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时钟
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SCLK
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I
|
时钟
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6
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VSS2
|
S
|
电源地
|
VSS2
|
S
|
电源地
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7
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DAT0
|
IO或PP
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数据线0
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DO
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O或PP
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数据输出
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8
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DAT1
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IO或PP
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数据线1
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RSV
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9
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DAT2
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IO或PP
|
数据线2
|
RSV
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|
|
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|
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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
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位
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含义
|
1
|
7
|
开始位,始终为0
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6
|
参数错误
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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
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擦除参数
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5
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写保护非法
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4
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卡ECC失败
|
3
|
卡控制器错误
|
2
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未知错误
|
1
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写保护擦除跳过,锁/解锁失败
|
0
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锁卡
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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
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闲置状态
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2~5
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全部
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操作条件寄存器,高位在前
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