SD卡资料编写.docx

1、SD卡资料编写SD卡资料整理1、 概述SD卡高度集成闪存，具备串行和随机存取能力。可以通过专用优化速度的串行接口访问，数据传输可靠。接口允许几个卡垛叠，通过他们的外部连接。接口完全符合最新的消费者标准，叫做SD卡系统标准，由SD卡系统规范定义。 SD卡系统是一个新的大容量存储系统，基于半导体技术的变革。它的出现，提供了一个便宜的、结实的卡片式的存储媒介，为了消费多媒体应用。SD卡可以设计出便宜的播放器和驱动器而没有可移动的部分。一个低耗电和广供电电压的可以满足移动电话、电池应用比如音乐播放器、个人管理器、掌上电脑、电子书、电子百科全书、电子词典等等。使用非常有效的数据压缩比如MPEG，SD卡可

2、以提供足够的容量来应付多媒体数据。安全数字存储卡（Secure Digital Memory Card， SDC）作为事实上的标准存储卡广泛应用于移动设备上。SDC 曾作为高层兼容多媒体卡（Multi Media Card，MMC）进行开发。SDC设备一般也兼容 MMC。还存在一些功能相同但尺寸更小的版本，如 RS-MMC、miniSD 和microSD。 MMC/SDC 内置一个微控制器，在卡内部执行 flash 存储操作（擦写、读取、写入、错误控制和功耗平衡（Wearleveling）。数据以 512 字节为单位在存储卡与主机控制器之间传输，从高层看来，卡可以被看作是通用硬盘设备。当前定义

3、的用于存储卡的文件系统为 FAT12/16 并使用 FDISK 分区规则。FAT32 仅用于大容量卡（=4G）。SD卡允许在两种模式下工作，即SD模式和SPI模式，本系统采用SPI模式。本小节仅简要介绍SPI模式。2、 引脚SD卡引脚如下图所示：SD卡外部引脚图micro-SD卡-本卡的物理尺寸见【1】。SPI模式下SD各管脚名称为.JPG注意：SPI模式时，这些信号需要在主机端用10100K欧的电阻上拉【2a】p4，如下表的相应引脚说明【2a】p5。输入端是MOS管的G极，输出端很可能是OC输出或者输出电阻较大，需要增加上拉电阻以消除SD卡输入输出信号线上的不确定性与干扰。也可以采用缓冲门方

4、式，如【3】（我们现在购买并使用的）的电路为：缓冲整形元件采用74VHC125，但该电路中的电阻绘制错误，应该是上拉电阻而不是串联电阻，如需要限流应该在每一个与外界连接的线上串联而不是只串联R4。另外的在网上下载的几种连接图如下。SD卡的几种连线图。上面的连接可能没有必要。5529实验板的连接如下。该电路图仅在片选端CS上增加上拉电阻，而此处并不存在电平不确定的问题，因而是没有必要的。很可能是MSP430的SPI口一旦设置，则在空闲时段SPI各口线仍保持确定的电平，故，不需要上拉电阻，另外，由于5529试验板的SD卡距离单片机很近，干扰很小，不需要采用74VHC125进行整形与缓冲。 可以在现

5、有板上逐步拆解进行试验，拆解至不能正常运行的程度为止。不过为了增加可靠性，还是增加一些上拉电阻好一些。SD卡卡座：3、 寄存器内部结构如下图。SD卡内部图.JPGSD卡中的微控制器SDControler在与主机通讯的过程中，根据命令与寄存器中的参数决定如何操作。SD卡中的寄存器有【4】p7：在SPI模式下，只有OCR、CID、CSD3个寄存器可以访问【2b】p18。各寄存器的进一步解释如下【4】p10：1）、OCR寄存器32 位的操作条件寄存器OCR(Operating Conditions Register)存储了 VDD 电压范围。下图的例子中，OCR的414位为0，1523位全为1，表示

6、SD卡的电压范围是2.73.6V。2）、CID寄存器CID (Card Identification) 寄存器长度为 16 个字节，是SD卡唯一的标识号，包括生产厂家、生产日期、产品序列号等， 该号在卡生产厂家编程后无法修改。3）、CSD寄存器CSD(Card Specific Data) 寄存器包含访问卡数据所需的配置信息。其部分字节的意义如下表【2】p39。 见“搜索XX关键词sd卡 csd寄存器。见网页：SD/MMC相关寄存器的介绍，lwj103862095的专栏-博客频道-CSDN”，对CSD内容定义的结构变量如下。相应的读取CSD程序见附录1。typedef struct uint8

7、 CSDStruct; / CSD结构 uint8 SysSpecVersion; / 系统规范版本 uint8 Reserved1; / 保留 uint8 TAAC; / 读取时间1 uint8 NSAC; / 数据在CLK周期内读取时间2 uint8 MaxBusClkFrec; / 最大总线速度 uint16 CardComdClasses; / 卡命令集合 uint8 RdBlockLen; / 最大读取数据块长 uint8 PartBlockRead; / 允许读的部分块 uint8 WrBlockMisalign; / 非线写块 uint8 RdBlockMisalign; / 非

8、线读块 uint8 DSRImpl; / DSR条件 uint8 Reserved2; / 保留 uint32 DeviceSize; / 设备容量 uint8 MaxRdCurrentVDDMin; / 最小读取电流 VDD min uint8 MaxRdCurrentVDDMax; / 最大读取电流 VDD max uint8 MaxWrCurrentVDDMin; / 最小写入电流 VDD min uint8 MaxWrCurrentVDDMax; / 最大写入电流 VDD max uint8 DeviceSizeMul; / 设备容量乘积因子 uint8 EraseGrSize; /

9、擦出块大小 uint8 EraseGrMul; / 擦出扇区大小 uint8 WrProtectGrSize; / 写保护群大小 uint8 WrProtectGrEnable; / 写保护群使能 uint8 ManDeflECC; / Manufacturer default ECC uint8 WrSpeedFact; / 写速度因子R2W_FACTOR uint8 MaxWrBlockLen; / 最大写数据块长度 uint8 WriteBlockPaPartial; / 允许写的部分 uint8 Reserved3; / 保留 uint8 ContentProtectAppli; /

10、Content protection application uint8 FileFormatGrouop; / 文件系统群 uint8 CopyFlag; / 拷贝标志 uint8 PermWrProtect; / 永久写保护 uint8 TempWrProtect; / 暂时写保护 uint8 FileFormat; / 文件系统 uint8 ECC; / ECC code uint8 CSD_CRC; / CSD CRC uint8 Reserved4; / 始终为 1 SD_CSD; CSD记录了SD卡的一些技术参数，这些参数在产品说明书中应该可以看到，大部分内容是相同的，应该是只能读

11、取，不能改变，一般情况下无需关心。SD卡的寄存器与AD的寄存器不同，寄存器的作用较小，主要依靠命令进行不同的操作。4、 SPI模式协议 SD卡启动时处于SD模式。它将在CS信号有效（低电平）时接收到一个复位命令（CMD0），回应R1，表示进入SPI总线模式，否则，表示SD卡仍停留在SD模式。SPI总线模式下，默认的命令结构/协议CRC检查失效，由于电源开启时总是处于SD总线模式，CMD0后需要跟一个合法的CRC（即时CMD0使用SPI结构来发送）。一旦进入SPI总线模式，CRC失效。CMD0的完整值是：40 00 00 00 00 95H。 SD卡有设定好的复位顺序。在上电复位或软复位（DMD

12、0）后，进入静止状态，只能接收4条合法的命令：CMD1、CMD41、CMD59、CMD58。Host必须连续发送CMD1，直到in-idle-state位置0，表示初始化完成，可以接收下一命令。SD卡依靠时钟进行工作。Host必须额外的8个时钟信号给卡完成操作，在此期间，忽略CS。Host可以在卡忙状态时关闭时钟信号。SD卡将去完成这个烧录操作，然而，Host必须提供一个时钟信号给SD卡来关闭“忙”信号。写入/檫除超时是因为超过了：1）设定时间的100倍，2）250mS。所有命令的长度均为6字节，首先发MSB，其格式为： 当SPI模式遇到问题时，将用一个错误来回答（替代原来的数据块）。5、 主

13、要命令SPI下支持的命令类型如下标“+”所示【2】5.2.2。 各命令的意义如下【2】5.2.2.1。如果一个命令不需要参数，则相应的为清0。详见【2b】p12、p13。在每个命令（除SEND_STATUS）之后，回应R1，其MSB为0，其余位置1则表示发生了相应的错误，如下图。写入单块数据操作时序图：写入多块数据操作时序图：详见【2b】p5、p6。上图所指的“数据应答”格式如下。数据令牌（标记）【2b】p17及【2】5.2.4是读写操作时，用于识别数据块的标记。对于单、多块的读取及单块的写入，数据标记为0xFEH。对于多块的写入，在每块前的数据标记为1111 1100B= 0xFCH。当出现

14、错误时，将用错误标记替代数据标记：6、 复位与初始化及读写操作 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【5】p6。这74个时钟，在SD卡上电后发送，用于使电状态稳定。CS 为低电平时发送命令 0，对卡进行复位。再发送若干个8位时钟，直到卡回应0x01H，即表示，卡在接收命令 0 成功时对 CS 信号进行了采样，若 CS 信号为低电平，使卡进入 SPI 模式并且回应 R1 进入空闲状态（R1=0

15、x01）。随后CS拉高，再发送8个时钟，时序如下图。由于命令 0 必须作为原生命令发送， CRC 字段必须包含有效值。卡一旦进入 SPI 模式， CRC 功能就被关闭，不再进行 CRC 校验【6】p6及【7】p2（或p147）及【2】5.1.7。在空闲状态，卡只接收命令 0、命令 1、命令 41、命令 58（读OCR） 和命令 59。其它的命令被拒绝执行。此时，可以读 OCR 寄存器并查看卡的工作电压。若系统供电不在卡的正常供电范围，则卡不工作。注意，所有的卡工作电压范围为 2.73.6V。当接收到命令 1 时，卡执行初始化过程。若要检测初始化过程是否结束，主机需持续发送命令 1 并查看回应直

16、到初始化结束。当卡成功完成初始化，应答 R1 的空闲状态位将清零（R1 由 0x01 变为 0x00）。再拉高CS、发送8个空时钟。初始化过程将持续几百毫秒（卡容量越大，时间越长），故而需要考虑超时时间的设定。在空闲状态位被清零后，卡可以接收正常的读写命令【6】p7及【7】p3（或148）。CMD1命令的构成为0x01H|0x40H= 0x41H，同理可求出其它命令【7】p3。从图中可知，CMD1为41 00 00 00 00 FF。单块的读操作时序图如下【7】p4。单块的写操作时序图如下【7】p5。上述图中的NCR、NAC、NWR表示SD卡的控制器完成操作的等待时间，其具体数据见【2b】5.

17、1.9.2及【2】p106 Table-1 A-1，如下表。其中的TAAC、NSAC位于CSD寄存器参数表Table 3-10【2】3.5.3或p39的第3、4条目，属于SD卡的交流参数，其部分值见【2】41 Table3-12，通过这些参数可以计算等待时间范围如The total read access time NAC等。考虑CSD寄存器参数表Table 3-10【2】3.5.3或p39的第24条目R2W_FACTOR可以计算读写时间范围，见【2】p106 Table-1 A-1实际计算需要读取CSD的值，比较麻烦，主要以编程运行调试为主。相应的编程详见【7】p7-end。7、 读写命令C

18、编程8、 其它9、 补充 参考资料【1】 micro-SD卡-本卡物理尺寸.DOC【2】 （英文原文）SD卡的官方资料.pdf【2a】（中文翻译部分）SD卡中文翻译.doc【2b】（中文翻译部分）SD卡-SPI总线协议.pdf【3】 【3】MicroSD卡适配器（文件夹）【4】 SD卡详细资料.pdf【5】 SD卡在单片机上的应用以及SD卡引脚-电路图及工作原理介绍.doc【6】 SD卡编程指南.pdf【7】 51单片机读写SD卡.pdf附录1网站资料CSD读取程序。/* FunctionName : SD_GetCSDRegister()* Description : CSD-寄存器。寄存器

19、长度为128，16字节* EntryParameter : csd 寄存器* ReturnValue : 返回操作状态：成功-0*/uint8 SD_GetCSDRegister(SD_CSD *csd) uint8 i;uint8 csdTable16;uint8 count = 0xFF;uint8 rvalue = SD_RESPONSE_FAILURE; / 返回值SD_Enable(0); / SD卡使能if (SD_SendCmd(CMD9,0x00,0xFF) = SD_RESPONSE_NO_ERROR) while (SD_ReadByte() != SD_START_SIN

20、GLE_BLOCK_READ) & count) / 等待数据接收开始，收到0xFE表示开始 count-; / 等待超时if (count != 0x00)for (i=0; iCSDStruct = (csdTable0 & 0xC0) 6; / Byte 0csd-SysSpecVersion = (csdTable0 & 0x3C) 2;csd-Reserved1 = csdTable0 & 0x03;csd-TAAC = csdTable1; / Byte 1csd-NSAC = csdTable2; / Byte 2csd-MaxBusClkFrec = csdTable3; /

21、Byte 3csd-CardComdClasses = csdTable4 CardComdClasses |= (csdTable5 & 0xF0) 4; / Byte 5csd-RdBlockLen = csdTable5 & 0x0F;csd-PartBlockRead = (csdTable6 & 0x80) 7; / Byte 6csd-WrBlockMisalign = (csdTable6 & 0x40) 6;csd-RdBlockMisalign = (csdTable6 & 0x20) 5;csd-DSRImpl = (csdTable6 & 0x10) 4;csd-Rese

22、rved2 = 0;csd-DeviceSize = (csdTable6 & 0x03) DeviceSize |= (csdTable7) DeviceSize |= (csdTable8 & 0xC0) 6; / Byte 8csd-MaxRdCurrentVDDMin = (csdTable8 & 0x38) 3;csd-MaxRdCurrentVDDMax = (csdTable8 & 0x07);csd-MaxWrCurrentVDDMin = (csdTable9 & 0xE0) 5; / Byte 9csd-MaxWrCurrentVDDMax = (csdTable9 & 0

23、x1C) 2;csd-DeviceSizeMul = (csdTable9 & 0x03) DeviceSizeMul |= (csdTable10 & 0x80) 7; / Byte 10csd-EraseGrSize = (csdTable10 & 0x40) 6;csd-EraseGrMul = (csdTable10 & 0x3F) EraseGrMul |= (csdTable11 & 0x80) 7; / Byte 11csd-WrProtectGrSize = (csdTable11 & 0x7F);csd-WrProtectGrEnable = (csdTable12 & 0x

24、80) 7; / Byte 12csd-ManDeflECC = (csdTable12 & 0x60) 5;csd-WrSpeedFact = (csdTable12 & 0x1C) 2;csd-MaxWrBlockLen = (csdTable12 & 0x03) MaxWrBlockLen |= (csdTable13 & 0xC0) 6; / Byte 13csd-WriteBlockPaPartial = (csdTable13 & 0x20) 5;csd-Reserved3 = 0;csd-ContentProtectAppli = (csdTable13 & 0x01);csd-

25、FileFormatGrouop = (csdTable14 & 0x80) 7; / Byte 14csd-CopyFlag = (csdTable14 & 0x40) 6;csd-PermWrProtect = (csdTable14 & 0x20) 5;csd-TempWrProtect = (csdTable14 & 0x10) 4;csd-FileFormat = (csdTable14 & 0x0C) 2;csd-ECC = (csdTable14 & 0x03);csd-CSD_CRC = (csdTable15 & 0xFE) 1; / Byte 15csd-Reserved4 = 1;return rvalue;