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sd卡tf卡进入spi模式

2017-09-22 14:18 6460 查看
现在我们手机的内存卡多为Micro SD卡,又叫TF卡,所以Micro SD卡比SD卡常见。自己曾经也想写写SD卡的读取程序,但又不想特地再去买个SD卡,这时想起手机内存卡不是和SD卡很像吗?在网上查了以后发现SD卡和Micro SD卡其实也就大小和引脚不一样,它们的操作其实是一样的,所以网上的SD卡读写代码其实可以直接拿来用。关于SD卡和Micro
SD卡的引脚定义和不同可见下两表:





注:1.  S:电源;I:输入;O:推挽输出;PP:推挽I/O。

       2.  扩展的DAT线(DAT1 ~ DAT3)在上电后处于输入状态。它们在执行SET_BUS_WIDTH命令后作为DAT线操作。当不使用DAT1 ~ DAT3 线时,主机应使自己的DAT1~DAT3线处于输入模式。这样定义是为了与MMC卡保持兼容。
      3.  上电后,这条线为带 50KΩ上拉电阻的输入线(可以用于检测卡是否存在或选择 SPI 模式) 。用户可以在正常的数据传输中用 SET_CLR_CARD_DETECT(ACMD42)命令断开上拉电阻的连接。MMC卡的该引脚在SD模式下为保留引脚,在SD模式下无任何作用。

4.  MMC卡在SD模式下为:I/O/PP/OD。

5.  MMC卡在SPI模式下为:I/PP。

    我们可以发现Micro SD卡只有8个引脚是因为比SD卡少了一个Vss。当然你也可以买个卡套套在Micro SD卡上,这样一来大小就和SD卡一样大,这时候卡套上的9个引脚就和SD卡一样了,你可以完全当做SD卡来操作。
    spi下电路的连接非常简单,接上电源线Vdd和地线Vss,再接上spi的CS,SCLK,DI(MOSI)和DO(MISO)就可以了,其他引脚可以放空。注意SD卡的电源和操作电压都为2.7-3.6V,5V的单片机要进行电平转换或串电阻限流。还有记得SD卡的CS,SCLKh和DI要用10~100K的电阻上拉。我是套了卡套接的电路,因为Micro
SD卡的引脚太密了,不好焊接,SD卡相对引脚好焊。因为没有卡座,而且也没专门的PCB我就直接焊到卡套上,诶牺牲了一个卡套。下面是我自己画的电路图:



   

[align=left]以NXP的LPC2210 ARM7MCU为例,下图是周立功开发的实现板电路[/align]
[align=left]这里,将LPC2210MCU的SPI0用于SD卡的控制和数据读写。对SPI0的两个数据线加了上拉电阻以便于MMC卡兼容。[/align]
[align=left]卡供电采用了可控方式,通过GPIO口控制MOS管对其进行供电。[/align]
[align=left]卡检测电路也使用GPIO口实现。通过读GPIO口数据,检查卡是否写保护和完全插入。[/align]
[align=left]具体内容可以参考周立功的说明书,百度文库里边有[/align]



下面我们讲讲Micro SD卡的软件驱动和指令集。
SD卡的命令格式如下,6字节共48位,传输时最高位(MSB)先传输:



    SD卡的command(命令)占6 bit,一般叫CMDx或ACMDx,比如CMD1就是1,CMD13就是13,ACMD41就是41,依此类推。Command Argument(命令参数)占4 byte,并不是所有命令都有参数,没有参数的话该位一般就用置0。最后一个字节由7
bit CRC校验位和1 bit停止位组成。在SPI模式下,CRC是被忽略的,可以都置1或置0.但是发送CMD0时要记得加上CRC,即最后1字节为0x95(因为发送CMD0时还未进入SPI模式,PS:CMD8也要,但一般大家都把发送CMD8省略了)。
    每次发送完一次命令后,SD卡都会有回应。SD卡的回应有多种格式,1字节的R1,2字节的R2等,不过一般在SPI模式中我们只用到R1,下面介绍R1的格式:



    关于SD卡SPI和command的发送要注意以下几点:

    1.SD卡的SPI总线,在读入数据时SD卡的SPI是CLK的上升沿输入锁存,输出数据也是在上升沿。

    2.向SD卡写入一个CMD或者ACMD指令的过程是这样的: 首先使CS为低电平,SD卡使能;其次在SD卡的Din写入指令;写入指令后还要附加8个填充时钟,是SD卡完成内部操作;之后在SD卡的Dout上接受回应;回应接受完毕使CS为低电平,再附加8个填充时钟。

    3.在SD卡的Din没有数据写入时,应使Din保持高电平。关于这一点我可吃透了苦头,本来也记得要保持高电平的,结果不知怎的鬼使神差的置0拉低了。结果程序出现了各种奇怪的貌似偶然的错误,比如连续两次复位会有一次失败,单步调试成功全速运行又会失败。总之在这个过程中我对时序进行各种改变,每次解决一个问题后又会有新的问题出现,多少次动摇了我对MicroSD卡和SD卡的操作是一样的这个看法。因为这个低级的错误耽误了我三四天,看来细心很重要啊!我已经不止一次因为不细心浪费大量时间了,希望大家也引以为戒。

好了,现在SD卡的命令和回应清楚了,我们下面讲讲SD卡的复位,初始化和读写方法。
1、SD卡的SPI工作模式

SD 卡在上电初期自动进入SD 总线模式,在此模式下向 SD 卡发送复位命令CMD0 。如果SD卡在接收复位命令过程中CS低电平有效,则进入SPI模式,否则工作在SD 总线模式。



在复位成功之后可以通过CMD55和ACMD41 判断当前电压是否在工作范围内 主机还可以继续通过CMD10读取SD 卡的CID寄存器,通过CMD16 设置数据 Block长度,通过CMD9 读取卡的 CSD寄存器 从CSD 寄存器中,主机可获知卡容量,支持的命令集等重要参数。
2、初始化
(1)使用CMD1
    发送CMD1,收到0x00表示成功
    时序图如下:



    (2)使用CMD55+ACMD41
    1.发送CMD55(表示使用ACMDx类命令),收到0x01
    2.发送ACMD41,收到0x00表示成功
    记住SD卡的初始化速度不能大于400kHz,所以一开始复位和初始化时spi的速率要设置低一点。

3、数据块的读写
完成SD 卡的初始化之后即可进行它的读写操作 SD卡的读写操作都是通过发送 SD 卡命令完成的SPI总线模式支持单块(CMD24)和多块(CMD25)写操作,多块操作是指从指定位置开始写下去,直到SD 卡收到一个停止命令CMD12才停止
单块写操作的数据块长度只能是512 字节 单块写入时,命令为CMD24,当应答为0时说明可以写入数据,大小为512 字节 SD 卡对每个发送给自己的数据块都通过一个应答命令确认,它为1个字节长,当低 5位为00101 时,表明数据块被正确写入SD 卡  

  在需要读取SD 卡中数据的时候,读SD卡的命令字为CMD17,接收正确的第一个响应命令字节为0xFE,随后是512 个字节的用户数据块,最后为2 个字节的CRC验证码    可见,读写SD 卡的操作都是在初始化后基于 SD 卡命令和响应完成操作的,写、读 SD 卡的程序流程图如下所示  :
[align=left](1)写SD卡流程[/align]



[align=left](2)读SD卡流程[/align]



4、读单块和读多块

    SD卡读单块和多块的命令分别为CMD17和CMD18,他们的参数即要读的区域的开始地址。因为考虑到一般SD卡的读写要求地址对齐,所以一般我们都将地址转为块,并以扇区(块)(512Byte)为单位进行读写,比如读扇区0参数就为0,读扇区1参数就为1<<9(即地址512),读扇区2参数就为2<<9(即地址1024),依此类推。

    读单块方法:
    1.发送CMD17,收到0x00表示成功
    2.连续读直到读到开始字节0xFE
    3.读512个字节
    4.读两个CRC字节
    读单块时序图:



    读多块方法:
    1.发送CMD18读,收到0x00表示成功
    2.连续读直到读到开始字节0xFE
    3.读512字节
    4.读两个CRC字节
    5.如果还想读下一扇区,重复2-4
    6.发送CMD12来停止读多块操作

5、写单块和多块:
    SD卡用CMD24和CMD25来写单块和多块,参数的定义和读操作是一样的。

    写单块方法:
    1.发送CMD24,收到0x00表示成功
    2.发送若干时钟
    3.发送写单块开始字节0xFE
    4.发送512个字节数据
    5.发送2字节CRC(可以均为0xff)
    6.连续读直到读到XXX00101表示数据写入成功
    7.继续读进行忙检测(读到0x00表示SD卡正忙),当读到0xff表示写操作完成
    写单块时序图:



写多块方法:
    1.发送CMD25,收到0x00表示成功
    2.发送若干时钟
    3.发送写多块开始字节0xFC
    4.发送512字节数据
    5.发送两个CRC(可以均为0xff)
    6.连续读直到读到XXX00101表示数据写入成功

    7.继续读进行忙检测,直到读到0xFF表示写操作完成
    8.如果想读下一扇区重复2-7步骤
    9.发送写多块停止字节0xFD来停止写操作
    10.进行忙检测直到读到0xFF

/* 命令响应定义 define command's response */

#define R1 1

#define R1B 2

#define R2 3

#define R3 4

/**********************************************

     SD卡SPI模式下命令集

**********************************************/

/******************************** 基本命令集 Basic command set **************************/

/* 复位SD 卡 Reset cards to idle state */

#define CMD0 0

#define CMD0_R R1

/* 读OCR寄存器 Read the OCR (MMC mode, do not use for SD cards) */

#define CMD1 1

#define CMD1_R R1

/* 读CSD寄存器 Card sends the CSD */

#define CMD9 9

#define CMD9_R R1

/* 读CID寄存器 Card sends CID */

#define CMD10 10

#define CMD10_R R1

/* 停止读多块时的数据传输 Stop a multiple block (stream) read/write operation */

#define CMD12 12

#define CMD12_R R1B

/* 读 Card_Status 寄存器 Get the addressed card's status register */

#define CMD13 13

#define CMD13_R R2

/***************************** 块读命令集 Block read commands **************************/

/* 设置块的长度 Set the block length */

#define CMD16 16

#define CMD16_R R1

/* 读单块 Read a single block */

#define CMD17 17

#define CMD17_R R1

/* 读多块,直至主机发送CMD12为止 Read multiple blocks until a CMD12 */

#define CMD18 18

#define CMD18_R R1

/***************************** 块写命令集 Block write commands *************************/

/* 写单块 Write a block of the size selected with CMD16 */

#define CMD24 24

#define CMD24_R R1

/* 写多块 Multiple block write until a CMD12 */

#define CMD25 25

#define CMD25_R R1

/* 写CSD寄存器 Program the programmable bits of the CSD */

#define CMD27 27

#define CMD27_R R1

/***************************** 写保护 Write protection *****************************/

/* Set the write protection bit of the addressed group */

#define CMD28 28

#define CMD28_R R1B

/* Clear the write protection bit of the addressed group */

#define CMD29 29

#define CMD29_R R1B

/* Ask the card for the status of the write protection bits */

#define CMD30 30

#define CMD30_R R1

/***************************** 擦除命令 Erase commands *******************************/

/* 设置擦除块的起始地址(只用于SD卡) Set the address of the first write block to be erased(only for SD) */

#define CMD32 32

#define CMD32_R R1

/* 设置擦除块的终止地址(只用于SD卡) Set the address of the last write block to be erased(only for SD) */

#define CMD33 33

#define CMD33_R R1

/* 设置擦除块的起始地址(只用于MMC卡) Set the address of the first write block to be erased(only for MMC) */

#define CMD35 35

#define CMD35_R R1

/* 设置擦除块的终止地址(只用于MMC卡) Set the address of the last write block to be erased(only for MMC) */

#define CMD36 36

#define CMD36_R R1

/* 擦除所选择的块 Erase the selected write blocks */

#define CMD38 38

#define CMD38_R R1B

/***************************** 锁卡命令 Lock Card commands ***************************/

/* 设置/复位密码或上锁/解锁卡 Set/reset the password or lock/unlock the card */

#define CMD42 42

#define CMD42_R        R1B

/* Commands from 42 to 54, not defined here */

/***************************** 应用命令 Application-specific commands ****************/

/* 禁止下一个命令为应用命令  Flag that the next command is application-specific */

#define CMD55 55

#define CMD55_R R1

/* 应用命令的通用I/O  General purpose I/O for application-specific commands */

#define CMD56 56

#define CMD56_R R1

/* 读OCR寄存器  Read the OCR (SPI mode only) */

#define CMD58 58

#define CMD58_R R3

/* 使能或禁止 CRC Turn CRC on or off */

#define CMD59 59

#define CMD59_R R1

/***************************** 应用命令 Application-specific commands ***************/

/* 获取 SD Status寄存器 Get the SD card's status */

#define ACMD13 13

#define ACMD13_R R2

/* 得到已写入卡中的块的个数 Get the number of written write blocks (Minus errors ) */

#define ACMD22 22

#define ACMD22_R R1

/* 在写之前,设置预先擦除的块的个数 Set the number of write blocks to be pre-erased before writing */

#define ACMD23 23

#define ACMD23_R R1

/* 读取OCR寄存器 Get the card's OCR (SD mode) */

#define ACMD41 41

#define ACMD41_R R1

/* 连接/断开CD/DATA[3]引脚上的上拉电阻 Connect or disconnect the 50kOhm internal pull-up on CD/DAT[3] */

#define ACMD42 42

#define ACMD42_R R1

/* 读取SCR寄存器 Get the SD configuration register */

#define ACMD51 51

#define ACMD51_R R1

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标签:  sdio spi sd tf