原创 元器件知识之单片机对SD卡的驱动方法及程序2

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(); //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模式
           初始化时序图：
  

           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;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);//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：

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
//-------------------------------------------------------------------------------------
unsigned char Read_CID_SD(unsigned char *Buffer)
{
   //读取CID寄存器的命令
   unsigned char CMD[] = {0x4A,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};
   unsigned char temp;
   temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16); //read 16 bytes
   return(temp);
}

4）读取CSD
CSD（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：

           读取CSD 的时序：
  
           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(CMD,Buffer,16); //read 16 bytes
   return(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 in
u08 == C_SIZE / (2^(9-C_SIZE_MULT))
//  SD卡的名称
//-----------------------------------------------------------------------------------------------
void SD_get_volume_info()
{   
    unsigned char i;
    unsigned char c_temp[5];
    VOLUME_INFO_TYPE SD_volume_Info,*vinf;
    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.dat[6] & 0x03;
vinf->sector_count <<= 8;
vinf->sector_count += sectorBuffer.dat[7];
vinf->sector_count <<= 2;
vinf->sector_count += (sectorBuffer.dat[8] & 0xc0) >> 6;
// 获取multiplier
vinf->sector_multiply = sectorBuffer.dat[9] & 0x03;
vinf->sector_multiply <<= 1;
vinf->sector_multiply += (sectorBuffer.dat[10] & 0x80) >> 7;
//获取SD卡的容量
vinf->size_MB = vinf->sector_count >> (9-vinf->sector_multiply);
// get the name of the card
Read_CID_SD(sectorBuffer.dat);
vinf->name[0] = sectorBuffer.dat[3];
vinf->name[1] = sectorBuffer.dat[4];
vinf->name[2] = sectorBuffer.dat[5];
vinf->name[3] = sectorBuffer.dat[6];
vinf->name[4] = sectorBuffer.dat[7];
vinf->name[5] = 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 info
  unsigned int  size_MB;
  unsigned char sector_multiply;
  unsigned int  sector_count;
  unsigned char name[6];
} VOLUME_INFO_TYPE;

5） 扇区读
扇区读是对SD卡驱动的目的之一。SD卡的每一个扇区中有512个字节，一次扇区读操作将把某一个扇区内的512个字节全部读出。过程很简单，先写入命令，在得到相应的回应后，开始数据读取。
扇区读的时序：

      扇区读的程序例程：
unsigned char SD_Read_Sector(unsigned long sector,unsigned char *buffer)
{  
   unsigned char retry;
   //命令16
   unsigned char CMD[] = {0x51,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};
   unsigned char temp;
   
   //地址变换   由逻辑块地址转为字节地址
   sector = sector << 9; //sector = sector * 512
   CMD[1] = ((sector & 0xFF000000) >>24 );
   CMD[2] = ((sector & 0x00FF0000) >>16 );
   CMD[3] = ((sector & 0x0000FF00) >>8 );
   //将命令16写入SD卡
   retry=0;
   do
   {  //为了保证写入命令  一共写100次
      temp=Write_Command_MMC(CMD);
      retry++;
      if(retry==100)
      {
        return(READ_BLOCK_ERROR); //block write Error!
      }
   }
   while(temp!=0);
      
   //Read Start Byte form MMC/SD-Card (FEh/Start Byte)
   //Now data is ready,you can read it out.
   while (Read_Byte_MMC() != 0xfe);
   readPos=0;
  SD_get_data(512,buffer) ;  //512字节被读出到buffer中
return 0;
}
其中SD_get_data函数如下：
//----------------------------------------------------------------------------
    获取数据到buffer中
//----------------------------------------------------------------------------
void SD_get_data(unsigned int Bytes,unsigned char *buffer)
{
   unsigned int j;
   for (j=0;j<Bytes;j++)
      *buffer++ = Read_Byte_SD();
}

6） 扇区写
扇区写是SD卡驱动的另一目的。每次扇区写操作将向SD卡的某个扇区中写入512个字节。过程与扇区读相似，只是数据的方向相反与写入命令不同而已。
    扇区写的时序：

扇区写的程序例程：
//--------------------------------------------------------------------------------------------
    写512个字节到SD卡的某一个扇区中去   返回0说明写入成功
//--------------------------------------------------------------------------------------------
unsigned char SD_write_sector(unsigned long addr,unsigned char *Buffer)
{  
   unsigned char tmp,retry;
   unsigned int i;
   //命令24
   unsigned char CMD[] = {0x58,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};
   addr = addr << 9; //addr = addr * 512

   CMD[1] = ((addr & 0xFF000000) >>24 );
   CMD[2] = ((addr & 0x00FF0000) >>16 );
   CMD[3] = ((addr & 0x0000FF00) >>8 );
   //写命令24到SD卡中去
   retry=0;
   do
   {  //为了可靠写入，写100次
      tmp=Write_Command_SD(CMD);
      retry++;
      if(retry==100)
      {
        return(tmp); //send commamd Error!
      }
   }
   while(tmp!=0);
   
   //在写之前先产生100个时钟信号
   for (i=0;i<100;i++)
   {
      Read_Byte_SD();
   }

   //写入开始字节
   Write_Byte_MMC(0xFE);

   //现在可以写入512个字节
   for (i=0;i<512;i++)
   {
      Write_Byte_MMC(*Buffer++);
   }
   //CRC-Byte
   Write_Byte_MMC(0xFF); //Dummy CRC
   Write_Byte_MMC(0xFF); //CRC Code
   
   
   tmp=Read_Byte_MMC();   // read response
   if((tmp & 0x1F)!=0x05) // 写入的512个字节是未被接受
   {
     SPI_CS=1;
     return(WRITE_BLOCK_ERROR); //Error!
   }
   //等到SD卡不忙为止
//因为数据被接受后，SD卡在向储存阵列中编程数据
   while (Read_Byte_MMC()!=0xff){};

   //禁止SD卡
   SPI_CS=1;
   return(0);//写入成功
}
此上内容在笔者的实验中都已调试通过。单片机采用STC89LE单片机（SD卡的初始化电压为2.0V~3.6V，操作电压为3.1V~3.5V，因此不能用5V单片机，或进行分压处理），工作于22.1184M的时钟下，由于所采用的单片机中没硬件SPI，采用软件模拟SPI，因此读写速率都较慢。如果要半SD卡应用于音频、视频等要求高速场合，则需要选用有硬件SPI的控制器，或使用SD模式，当然这就需要各位读者对SD模式加以研究，有了SPI模式的基础，SD模式应该不是什么难事