51单片机实现对SD卡的读写Word文件下载.docx
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9
DAT2
数据线2
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
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
卡ECC失败
卡控制器错误
未知错误
写保护擦除跳过，锁／解锁失败
锁卡
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
unsigned
char
Write_Command_SD（unsigned
*CMD）
{
tmp;
retry=0;
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
=
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
SD_Init（）
retry,temp;
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
0x0f;
Write_Byte_SD（0xff）;
//发送至少74个时钟信号
//向SD卡发送CMD0
//为了能够成功写入CMD0,在这里写200次
temp=Write_Command_SD（CMD）;
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;
//为了能成功写入CMD1,写100次
if（retry==100）
//超过100次
return（INIT_CMD1_ERROR）;
=0）;
//回应00h停止写入
Init_Flag=0;
//初始化完毕，初始化标志清零
//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：
域
数据宽度
CID划分
生产标识号
MID
[127:
120]
OEM/应用标识
OID
16
[119:
104]
产品名称
PNM
40
[103:
64]
产品版本
PRV
[63:
56]
产品序列号
PSN
32
[55:
24]
保留
－
[23:
20]
生产日期
MDT
12
[19:
8]
CRC7校验合
CRC
[7:
1]
未使用，始终为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
Read_CID_SD（unsigned
*Buffer）
//读取CID寄存器的命令
{0x4A,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};
temp;
temp=SD_Read_Block（CMD,Buffer,16）;
16
bytes
return（temp）;
4）读取CSD
CSD（Card-SpecificData）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：
单元类型
CSD划分
CSD结构
CSD_STRUCTURE
R
126]
-
[125:
数据读取时间1
TAAC
112]
数据在CLK周期内读取时间2（NSAC*100）
NSAC
[111:
最大数据传输率
TRAN_SPEED
96]
卡命令集合
CCC
[95:
84]
最大读取数据块长
READ_BL_LEN
[83:
80]
允许读的部分块
READ_BL_PARTIAL
[79:
79]
非线写块
WRITE_BLK_MISALIGN
[78:
78]
非线读块
READ_BLK_MISALIGN
[77:
77]
DSR条件
DSR_IMP
[76:
76]
[75:
74]
设备容量
C_SIZE
[73:
62]
最大读取电流@VDDmin
VDD_R_CURR_MIN
[61:
59]
最大读取电流@VDDmax
VDD_R_CURR_MAX
[58:
最大写电流@VDDmin
VDD_W_CURR_MIN
53]
最大写电流@VDDmax
VDD_W_CURR_MAX
[52:
50]
设备容量乘子
C_SIZE_MULT
[49:
47]
擦除单块使能
ERASE_BLK_EN
[46:
46]
擦除扇区大小
SECTOR_SIZE
[45:
39]
写保护群大小
WP_GRP_SIZE
[38:
32]
写保护群使能
WP_GRP_ENABLE
[31:
31]
[30:
29]
写速度因子
R2W_FACTOR
[28:
26]
最大写数据块长度
WRITE_BL_LEN
[25:
22]
允许写的部分部
WRITE_BL_PARTIAL
[21:
21]
[20:
16]
文件系统群
FILE_OFRMAT_GRP
R/W
[15:
15]
拷贝标志
COPY
[14:
14]
永久写保护
PERM_WRITE_PROTECT
[13:
13]
暂时写保护
TMP_WRITE_PROTECT
[12:
12]
文件系统
FIL_FORMAT
[11:
10]
[9:
未用，始终为1
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
//------------------------------------------------------------------------------
Read_CSD_SD（unsigned
//读取CSD寄存器的命令
{0x49,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};
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（）
c_temp[5];
VOLUME_INFO_TYPE
SD_volume_Info,*vinf;
vinf=&
SD_volume_Info;
//Init
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;
<
8;
+=
sectorBuffer.dat[7];
2;
（sectorBuffer.dat[8]
0xc0）
>
6;
获取multiplier
sector_multiply
sectorBuffer.dat[9]
1;
（sectorBuffer.dat[10]
0x80）
7;
//获取SD卡的容量
size_MB
（9-vinf->
sector_multiply）;
get
name
of
card
Read_CID_SD（sectorBuffer.dat）;
name[0]
sectorBuffer.dat[3];
name[1]
sectorBuffer.dat[4];
name[2]
sectorBuffer.dat[5];
name[3]
sectorBuffer.dat[6];
name[4]
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
int
size_MB;
sector_multiply;
sector_count;
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：
SD_Read_Sector（unsigned
long
sector,unsigned
*buffer）
retry;
//命令16
{0x51,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};
//地址变换
由逻辑块地址转为字节地址
9;
//sector
*
512
CMD[1]
（（sector
0xFF000000）
24
）;
CMD[2]
0x00FF0000）
CMD[3]
0x0000FF00）
8
//将命令16写入SD卡
//为了保证写入命令
一共写100次
temp=Write_Command_MMC（CMD）;
return（READ_BLOCK_ERROR）;
//block
write
//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
Bytes,unsigned
*buffer）
j;
（j=0;
j<
="
"
span="
style="
word-wrap:
break-word;
*buffer++
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
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