51单片机读写SD_MMC卡设计报告

51单片机读写SD_MMC卡设计报告 杨文斌（qq:292942278） 2007-08-20一、 总则本文件介绍了在51平台通过SPI方式读写SD/MMC卡，包括软硬件需求, SD/MMC硬件连接, SPI接口软件模拟，SD/MMC上电初始化，写单块，读单块，写多块，读多块，块擦除，上位串口通讯协议，PC上位软件操作说明等。二、 软硬件需求a) 单片机固件编译环境：Keil C51 uVision2 b) PC上位软件编译环境：Visual C+ 6.0c) 硬件环境：1)W78E52B一片；2)SD/MMC卡插座一个；3)MAX232一片；4)cross串口线一条；三、 SD/MMC硬件连接SD/MMC与51单片机引脚连接如下表1，供参考：51单片机引脚SD/MMC引脚P1_0SPI_CS (PIN1)P1_1SPI_SI(PIN2)P1_2SPI_SCK（PIN5）P1_3SPI_SO（PIN7）PIN4接VDDPIN3/6接GND 表1 SD/MMC与51单片机引脚连接表注意：SD/MMC引脚除VDD(PIN4)/VSS(PIN3/6)外，其它引脚连接上拉电阻（47k）至3.3v电源。四、 SPI接口软件模拟由于W78E52B没有集成硬件SPI接口，所以固件需要通过软件来模拟实现SPI接口；a) SPI接口基本原理：SPI采用HOST/SLAVE结构，HOST与SLAVE以字节为传输单位,支持4种模式； SPI接口定义有4个引脚CS,SI,SO,SCK；SD SPI接口工作于模式0,各引脚功能分别描述如下：1) CS为片选引脚，低电平为有效；2) SI为Host输出Slave输入引脚，空闲为高电平，SCK上升有效,；3) SO为Slave输出Host输入引脚，SCK下降有效；4) SCK为同步时钟；b) SPI HAL：包括4个函数，上层软件通过调用这4个函数，来实现与SD/MMC以SPI方式进行数据交换。1) SPI_SendByte(INT8U onebyte)以SPI方式向SD/MMC发送一个字节2) INT8U SPI_RecByte(void)以SPI方式从SD/MMC接收一个字节3) SPI_CS_Assert(void)将CS引脚置为低电平有效4) SPI_CS_Deassert(void)将CS引脚置为高电平无效c) 通过SPI HAL发送的RESET命令CMD0波形图，如下图1，以供参考：图1-RESET命令CMD0波形图五、 SD/MMC上电初始化当SD/MMC卡上电后，单片机需要对其进行上电初始化，上电初始化步骤顺序所列如下：1) 置CS为低，至少延时74个CLK，延时波形图，如图2，以供参考：图2-延时波形图2) 发送RESET命令CMD0，其波形图参考图1：3) 发送命令CMD1(SD卡使用命令ACMD41)激活SD/MMC卡, 固件需重复发送命令CMD1直到R1 idle state位为0。4) 发送命令CMD58，读卡OCR寄存器。5) 发送命令CMD9，读卡CSD寄存器,获得SD/MMC的基本参数：1)块最大的长度；2) 卡中块的个数；等六、 写单块1) 发送命令CMD24。2) 接收R1响应。3) 发送Data Tokens(Single Block Write: 0xfe)。4) 发送一个block（一般为512个字节）。5) 发送两个CRC16码。6) 循环接收数据，等待写完成，直到写完成接收到0xff。七、 读单块1)发送命令CMD17。2)接收R1响应。3)等待Data Tokens(Single Block Read: 0xfe)。4)接收一个block（一般为512个字节）。5)接收两个字节CRC16码。八、 写多块（Open ended）1) 发送命令CMD25。2) 接收R1b响应。3) 发送Data Tokens(Single Block Write: 0xfe)。4) 发送一个block（一般为512个字节）。5) 发送两个字节CRC16码。6) 循环接收数据，等待写完成，直到写完成接收到0xff。7) 重复步骤3，继续发送下一个数据包，直到所有数据包发送完成，至步骤8继续。8) 发送命令CMD12,数据传输结束。9) 接收R1b响应。九、 读多块（Open ended）1) 发送命令CMD17。2) 接收R1响应。3) 等待Data Tokens(Single Block Read: 0xfe)。4) 接收一个block（一般为512个字节）。5) 接收两个字节CRC16码。6) 重复步骤3，继续接收下一个数据包，直到接收所有数据包完成后，至步骤7继续。7) 发送命令CMD12,数据传输结束。8) 接收R1b响应。十、 多块擦除SD/MMC最大支持一次删除一个Erase Group大小的连续块，SD/MMC的Erase Group大小不是固定的，其大小指定在SD/MMC卡的CSD寄存器内，在上电初始化阶段，HOST可以使用命令CMD9来读取SD/MMC卡的CSD寄存器；一般多块删除时，对于上层软件将要删除EraseBlockNum个块,在具体执行删除任务时，开始固件可以逐个Erase Group进行连续删除，最后不足一个Erase Group的连续块，也可以一起删除。总之，删除连续多块（Erase Group或不足一个Erase Group）时使用的是相同的步骤，如下：1) 发送擦除起始块地址命令CMD32。2) 接收R1响应。3) 发送擦除终止块地址命令CMD33。4) 接收R1响应。5) 发送命令CMD38擦除所选的块。6) 循环接收数据，等待删除完成，直到接收到0xff删除完成。十一、 上位串口通讯协议a) 上位串口通讯协议是超锐微电子定义的串口通讯协议， 用于51单片机读写SD/ MMC卡平台与上位软件的通讯；该协议定义了两种设备：1)主设备：上位软件； 2)从设备: 51单片机平台；b) 主设备和从设备都支持上位串口通讯协议，并基于该协议来完成命令处理与数据交换。上位串口通讯协议定义了两个执行阶段，分别是：1) 命令阶段2) 数据交换阶段；c) 一次数据交换必须由主设备于命令阶段开始，主设备向从设备发送命令，从设备响应命令，双方进入数据交换阶段； 数据交换阶段以主设备发送不同命令，执行不同数据传输动作；数据传输动作分为以下三种：1) 主设备向从设备发送数据（如，写单/多块命令）；2) 主设备向从设备接收数据（如，读单/多块命令）；3) 无数据传输（如，擦除命令）；d) 上位串口通讯协议定义了一些命令，它们长度固定，为8个字节，其中第一个字节为命令代码，其后字节为命令参数；命令功能，代码，参数汇总于下表2：命令功能命令代码参数1参数2SD/MMC初始化0x0无无读单块0x1读块号（Byte1-4）无写单块0x2写块号（Byte1-4）无块擦除0x3擦除起始块（Byte1-4）擦除块数量（Byte5-7）数据接收(主/从)0x4Data offset(Byte1-2)无数据发送(主/从)0x5Data offset(Byte1-2)5个字节block有效数据读多块0x6读多块起始块（Byte1-4）读块总数（Byte5-7）写多块0x7写多块起始块（Byte1-4）写块总数（Byte5-7）MMC向量测试0x8无无SD向量测试0x9无无建立连接其它无无 表2命令汇总表e) 主设备与从设备之间进行数据传输，命令不同处理不同，各命令的数据传输分别描述：1) 读单块命令主设备发送读单块命令，命令从设备向SD/MMC卡读取一个数据块，块号指定在命令参数1中，命令被从设备接收后，由从设备向SD/MMC卡读取参数1指定的数据块；主设备通过发送数据接收(主/从)命令向从设备接收数据块有效数据，每发送一条命令，从设备返回8个字节，第0个字节数据接收命令代码,其余7字节为block有效数据。因些，主设备需发送共计（512/7）74条数据接收(主/从)命令，完成接收一个数据块有效数据（512个字节）。2) 写单块命令主设备发送写单块命令，命令从设备写一个数据块去SD/MMC卡，块号指定在命令参数1中，命令被从设备接收后，主设备通过数据发送(主/从)命令向从设备发送block有效数据，每发送一条命令，可以发送5个字节；命令长度为8个字节，其中第0个字节数据接收命令代码,1-2字节为data_offset,其余5字节为block有效数据。因些，主设备需发送（512/5）103条数据接收(主/从)命令，完成向从设备发送一个block有效数据（512个字节）。3) 读多块命令主设备发送读多块命令，命令从设备向SD/MMC卡读取指定的块数，起始块号指定在命令参数1中，参数2指定读块总数；数据块接收以块为单位，每个块有效数据接收使用与读单块命令接收数据块相同的方法，不同的只是需要重复相同的数据块接收步骤，直到参数2指定读块总数全部接收完成。1. 写多块命令主设备发送写多块命令，命令从设备向SD/MMC卡写入指定的块数，起始块号指定在命令参数1中，参数2指定写块总数；数据块发送以块为单位，每个块有效数据发送使用与写单块命令发送数据块相同的方法，不同的只是需要重复相同的数据块发送步骤，直到参数2指定写块总数发送全部完成。4) SD向量测试命令/MMC向量测试命令主设备发送SD/MMC向量测试命令，命令从设备开始对MMC/SD卡进行向量测试，从设备开始向量测试，每完成一个向量（CMDxx）测试，就返回一条向量测试记录给主设备，由主设备将向量测试记录汇总成向量测试报告,汇总后的向量测试报告参考下图3。每条向量测试记录长度51个字节，主设备接收完一条向量测试记录后，需发送一个字节响应，从设备接收到这个字节响应，才继续下一个向量测试。图3向量测试报告5) 其段它命令无数据传输阶段十二、 PC上位软件操作说明a) 用串口线将PC与51单片机平台完成连接，打开单片机电源。b) 双击SD_Host.exe图标，运行PC上位软件。c) PC上位软件运行后，其主界面见下图4，上位软件使用默认串口2，默认波特率38400bps， “连接AT89C52”按钮默认有效： 图4PC上位软件主界面d) 按“连接AT89C52”按钮，完成和51平台的串口连接。连接成功，则“初始化SD卡”按钮变为有效。e) 按“初始化SD卡”按钮，对SD/MMC卡进行上电初始化。初始化SD卡成功，则读写擦框内的一些按钮变为有效，见下图5： 图5f) SD/MMC卡初始化完成，则可以开始写单块，读单块，写多块，读多块等操作，下面对它们的操作步骤分别进行描述：1) 写单块首先在文本框“块地址”内输入块地址，编辑 “数据显示”文本框的数据；按“写单块”按钮将“数据显示”框的数据写入块内。写入成功，则 “执行结果”文本框里显示“SD卡写单块成功!”，参考图6： 图6写单块参考图2) 读单块在 “块地址”文本框输入块地址，按“读单块”按钮读取块数据，读取成功后， “执行结果”文本框显示“SD卡读单块成功!”，“数据显示”框显示读取的数据。参考图7： 图7读单块参考图3) 写多块在 “块地址”文本框输入块地址，在“块数”文本框输入读块总数；编辑 “数据显示”文本框的数据完成后按“写多块”按钮将“数据显示”框的数据写入连续块中。写入成功，则 “执行结果”文本框显示“SD卡写多块成功!”，参考图8： 图8写多块参考图4) 读多块在 “块地址”文本框输入块地址，在“块数”文本框输入写总块数，按“读多块”按钮读取连续多块，读取成功后， 在“执行结果”文本框显示“SD卡读多块成功!”，“数据显示”框内显示读取的数据。参考图9： 图9读多块参考图5) 块擦除按“擦除”按钮，出现对话框如