SD卡原理及内部结构

1、简介:SD卡(Secure Digital Memory Card )是一种为满足安全性、容量、性能和使用环境等各方面的需求而设计的一种新型存储器件，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。本小节仅简要介绍在SPI模式下，STM32处理器如何读写 SD卡，如果读者如希望详细了解 SD卡，可以参考相关资料。SD卡内部结构及引脚如下图所示:I I 11DAT2CMDCLKDATOCDZDAT3Interface driverDAT1JjrCSD1：?:QFsmeToO*Card interlace controllerr«eTI QCRIjI：01 lo

2、 CID127:0 |OI RCA( 15:011 joI DSFJ1；QI OMemory core interface 怦獣 _2、SD卡管脚图:SD卡内部图JPG6-1.MIN4HIH_ _wt -CL25M1H L/fl 2 M CD/ CUD 3 DAT* DAT2Mi3、SPI模式下SD各管脚名称为:sd卡:阳.<>5$5- rr引.1.M|N區鯉酸3 4 5 S 7 Gvss ADD CLl ¥SIDATDDAT(LockPo51 h&nSD卡图JPGin./birri Te 叮 ofE"1(JIHOinliirGeneral To ler

3、<in<e O 15I讪恥 32 SIM B恥 Mlnde Pad DdinitionPm#NameType'SPI Description1CSI'Chip Select (Active low)2Daialn ,1Host to Card CcmTards and Dala3VSS)SSupply Vcrtage Ground4VDDS 'Supply Voltage5CLKIIClock6VSS2S 1Sup,ply Vollagie Gfcufk7DataOu：0Card to Host Data 日躲d Status8RSVffllReserved

4、9RSVIIReservedSPI模式下SD各管脚名称 为JPG注：一般SD有两种模式：SD模式和SPI模式，管脚定义如下:DATA0(A)、SD MODE 1 、CD/DATA3 2、CMD 3、VSS1 4、VDD 5、CLK 6、VSS2 7、8、DATA1 9、 DATA2(B)、SPI MODE 1 、CS2、DI 3、VSS 4、VDD 5、SCLK 6、VSS2 7、DO8、RSV 9、RSVSD卡主要引脚和功能为:CLK :时钟信号，每个时钟周期传输一个命令或数据位，频率可在025MHz之间变化,SD卡的总线管理器可以不受任何限制的自由产生025MHz 的频率;CMD :双向命

5、令和回复线，命令是一次主机到从卡操作的开始，命令可以是从主机到单卡寻址,卡或所有卡;也可以是到所有卡；回复是对之前命令的回答，回复可以来自单DAT03 :数据线，数据可以从卡传向主机也可以从主机传向卡。SPISD卡以命令形式来控制 SD卡的读写等操作。可根据命令对多块或单块进行读写操作。在模式下其命令由6个字节构成，其中高位在前。SD卡命令 的格式如表1所示，其中相关参数 可以查阅SD卡规范。MicroSD卡管脚图:MicroSD卡管脚图JPGMicroSD卡管脚名称:Pin#SD ModeSPI ModeNameDescriptionNameTypeDescription1DAT2I'

6、;/O/PPData Lune IBrt 2RSVReserved2CD/DAT3"iopKCard Delecl / Datd Line fBrt 3CS1Chip Select Ineg Irtie)3CMDppCommcfDd/ResponseDI1Data iln4Vnc _sS<jpply voJiageVk)SSupply voltage5CLK1ClockSCLK1Clock6VjissSijpp voilaqe groundVs5SSupply voltaqe qrcjnd7DATOIfO/PPData Line |Brt 0DO6PPData OutSDAfi

7、ho.ppData LmeBit 1RSVReservedMicroSD卡管脚名称JPGSD卡与MicroSD 卡仅仅是封装上的不同，MicroSD 卡更小，大小上和一个SIM卡差不多，但是协议与SD卡相同。般我们用单片机操作 SD卡时，都不需要对 FAT分区表信息做处理，原因如下:1、操作FAT分区表要增加程序代码量、增加SRAM的消耗，对于便携应用来说代码大小和占 用SRAM的多少至关重要。SD卡上写入数据，这就表2）、即使我们对FAT分区表不做任何了解，实际上我们一样可以向明使用FAT对我们做数 据存储应用来说如同鸡肋。3）、耗费大量经历和时间去了解FAT分区表对于我们做嵌入式软件开发的

8、人来说有些得不偿失。SPI模式做SD数据操作时根本不需要4 ）、SD卡支持 两种操作模式，SD模式和SPI模式,知道FAT ,这时候SD卡对于我们来说实际上就是个大的、快速的、方便的、容量可变的外部存储器。基于以上原因，一般情况下对 SD卡的操作只需要了解SPI通讯就可以了，而现在大部分单片机都有SPI接口，那么操作 SD卡易如反掌。以下是做SD卡试验时使用的电路图:R647K(iSD CR7 -|47K(1RSVlfRS -I47KiiIRSV2SDSD CSDC51(4MOS 2SV SD 59 4SC K 5MISO?RSWRSV29CSDOLTGND cc SCKGND DINRS V

9、IRSV2SD_CARD SD痕ISD卡试验时使用的电路图JPG#defineSD SS HSD_P 0RT|=(1vSD_CS/连接到单片机的片选 MOSI连接单片机 的数据。SPI总线的SD管脚，只有单片机设置 SD_CS/为低电平时才可以操作 SD卡。MOSI管脚（SPI数据输入），单片机从这个管脚读取SD卡内MISO连接单片机入数据。SCK连接单片机SD管脚实际上在SPI总线的MISO管脚（SPI数据输岀）、单片机通过这个管脚向SD卡内写SPI总线的SCK（SPI时钟）SD卡内部连接到了 GND，当SD插座上没插入 SD卡时，单 片机从这个管脚能读到高电平（前提是使用单片机内部上拉输入

10、，或者外部增加一个上拉电阻），一旦插入SD卡，这个管脚就变成低电平，这个功能用来检测是否RSV1和RSV2是保留功能管脚，不需要操作。MicroSD卡的连接和SD卡大同小异，只是 MicroSD卡比SD卡少 一个GND管脚，所以不能 使用上面做的这种插入卡的检测，实际上现在很多SD卡/MicroSD卡插座都有插入检测管脚，当然，一分钱一分货，价格上当然也要贵一些顺便提一下，普通 SD卡插座最多5块钱。插入SD卡。SPI命令格式Byte 1Byte2-5Byte 631CommandCommand ArgumentCRC 1以下是一个简单的测试SD卡读 写的程序，程序是基于 Atmega128单

11、片机编写的，对于Atmega的其他单片机仅需要做管脚改动就可以使用，其他单片机更改要更大。sd.h*SPI各线所占用的端口#define SD SSPB6#define SD SCKPB1#define SD MOSIPB2#define SD MISOPB3*#define SD DDRDDRB#define SD PORTP ORTB#define SD PINPINB#define SDSS LSD_P ORT &= (1v#define SD SCK HSD_P ORT |= (1<#define SD SCK LSD_P ORT &= (1v#defineSD

12、MOSI HSD_P ORT|=(1v#defineSD MOSI LSD_P ORT &= (1v#defineSD MISO IN(SD_PIN&(1</错误号/#define INIT CMD0 ERROROxFF#define INIT CMD1 ERROR0xFE0xFD#define WRITE BLOCK ERROR#define READ BLOCK ERROR0xFC0x01#define TRUE / MMC/SD 命令（命令号从40开始，只列岀基本命令，并没有都使用/#define SD RESET0x40 + 0#define SD INIT0x4

13、0 + 1#define SD READ CSD0x40 + 9#define SD READ CID0x40 + 10#define SD STOP TRANSMISSION0x40 + 12#define SD SEND STATUS0x40 + 13#define SD SET BLOCKLEN0x40 + 16#define SD READ BLOCK0x40 + 17#define SD READ MULTI BLOCK0x40 + 18#define SD WRITE BLOCK0x40 + 240x40 + 25#define SD WRITE MULTI BLOCK/ 片选关(

14、MMC/SD-Card In valid)#defi ne SD_Disable()SD SS H/ 片选开(MMC/SD-Card Active)#defi ne SD_E nableOSD SS LSD TEST.C /*/ /ICC-AVR app lication builder : 03-5-20 8:39:11 / Target : M128 / Crystal: 3.6864Mhz#in clude #in clude #i nclude 'sd.h' void uart0 _in it(void);void p utchar(u nsig ned char co

15、nten t);void p utstr(u nsig ned char *s);void SD_Port_ln it(void);un sig ned char SD_ln it(void);un sig ned char SD_write_sector(u nsig ned long addr,u nsig ned char *Buffer);un sig ned char SD_read_sector(u nsig ned long addr,u nsig ned char *Buffer);un sig ned char SP I_Tra nsferByte(u nsig ned ch

16、ar byte);un sig ned char Write_Comma nd_SD(u nsig ned char cmd,u nsig ned long address);un sig ned long SD_fi nd(void);/*/串口调试程序 /* void uart0_ in it(void)UCSR0B = 0x00; /disable while setti ng baud rateUCSR0A = 0x00;UCSR0C = 0x06; / 00000110 UART0设置为异步模式、无奇偶校验、1位停止位、8位数据位UBRR0L = 0x17; /set baud ra

17、te loUBRR0H = 0x00; /set baud rate hi设置UART0 口通信速率 9600UCSR0B = 0x18;void p utchar(u nsig ned char content)while(!(UCSR0A & (1 << UDRE0); /*判断上次发送有没有完成*/UDR0 = con te nt;/*发送数据*/void p utstr(u nsig ned char *s) while(*s) p utchar(*s);s+；/*/端口初始化 void SD_Port_ln it(void) /*SP I_Tra nsferByt

18、e(0xff); /延迟74个以上的时钟SD PORT|= (1<<SD DDR|= (1<<<SD DDR&= (1</* /初始化 MMC/SD 卡为SPI模式un sig ned char SD_ln it(void) /* un sig ned char retry,te mp;un sig ned char i;SP CR=0x53;/设定SPI为128分频，慢速进行初始化SP SR=0x00;for (i=0;i<0x0f;i+)SD_E nableO;/开片选SP l_Tra nsferByte(SD_RESET);/发送复位命令

19、SP I_Tra nsferByte(OxOO);SP I_Tra nsferByte(0x00);SP I_Tra nsferByte(0x00);SP I_Tra nsferByte(0x00);SP I_Tra nsferByte(0x95);SP I_Tra nsferByte(0xff);SP I_Tra nsferByte(0xff);retry=0;dotemp="Write"_Comma nd_SD(SD_INIT,0);/发送初始化命令retry+;if(retry=100)重试100次SD_Disable();/关片选return(INIT_CMD1_E

20、RROR);如果重试100次失败返回错误号while(te mp !=0);MSD_Disable();/关片选SP CR=0x50;/设置SPI为2分频。进行高速读写返回成功SP SR=0x01;return(TRUE);/* /发送命令给 MMC/SD 卡/Return:返回MMC/SD卡对命令响应的第 2字节，作为命令成功判断 un sig ned char Write_Comma nd_SD(u nsig ned char cmd,u nsig ned long address) /* un sig ned char tmp;un sig ned char retry="0&

21、quot;SD_Disable();SP I_Tra nsferByte(OxFF);SD_E nableO;SP I_Tra nsferByte(cmd);将32位地址进行移位作为地址字SP I_Tra nsferByte(address>>24);SP I_Tra nsferByte(address>>16);SP I_Tra nsferByte(address>>8);SP I_Tra nsferByte(address);SP I_Tra nsferByte(0xFF);SP I_Tra nsferByte(0xFF);dotmp = SP I_Tr

22、a nsferByte(0xFF);/发送8个时钟接受最后一个字retry+;while(tm p=0xff)&&( retry<8);return(t mp);/* / 写一个扇区(512Byte) to MMC/SD-Card如果写完成返回 TRUE un sig ned char SD_write_sector(u nsig ned long addr,u nsig ned char *Buffer) /*un sig ned char temp;un sig ned int i;SP l_Tra nsferByte(OxFF);/延迟8个时钟SD_E nableO

23、;/开片选temp = Write_Comma nd_MMC(MMC_WRITE_BLOCK,addrvv9);/发送写扇区命令if(te mp != 0x00)SD_Disable();return(tem p);SP I_Tra nsferByte(0xFF);SP I_Tra nsferByte(0xFF);SP I_Tra nsferByte(0xFE);for (i=0;i<512;i+)SPI_TransferByte(*Buffe叶+); /发送 512 字节数据/CRC-ByteSP I_Tra nsferByte(0xFF); /Dummy CRCSP I_Tra ns

24、ferByte(0xFF); /CRC Codetemp = SP I_Tra nsferByte(0xFF);/读SD卡运行响应if(te mp & 0x1F)!=0x05)如果最后4位为0101，为操作成功。否则为操作失败。SD_Disable();return(WRITE_BLOCK_ERROR); / 返回错误while (SP I_Tra nsferByte(0xFF) != 0xFF);SD_DisableO;return(TRUE);返回成功/*/ 读 512 字节 from MMC/SD-Card如果成功返回TRUEun sig ned char SD_read_sec

25、tor(u nsig ned long addr,u nsig ned char *Buffer)/*un sig ned char temp;un sig ned int i;un sig ned char data;SP I_Tra nsferByte(Oxff);MMC_E nableO;temp = Write_Comma nd_SD(SD_READ_BLOCK,addrvv9);/发送读扇区命令if(te mp != 0x00)SD_Disable();return(READ_BLOCK_ERROR);/返回错误号while(S PI_Tra nsferByte(0xff) != 0

26、xfe);for(i=0;i<512;i+)data = SP I_Tra nsferByte(0xff);/存数据*Buffer+=data;SP l_Tra nsferByte(Oxff);/读CRC码SP I_Tra nsferByte(Oxff);/读CRC码SD_Disable();return(TRUE);/返回成功/*/查找数据开始标志（预设 DATASTART ）根据实际需要删改/*un sig ned long SD_fi nd(void)un sig ned long tmp="400"un sig ned char data512;doSD_re

27、ad_sector(t mp ,data);从0扇区开始查找tmp+;/查找 DATASTARTwhile(!(data0=D)&&( data1='A')&&( data2='T')&&(data3='A')&&(data4=S)&&(data5='T')&&(data 6='A')&&(data7='R')&&(data8='T');return tmp

28、;/返回开始标志的下一个扇区/*/发送一个字节 /* un sig ned char SP I_Tra nsferByte(u nsig ned char byte)/检测线路是否空闲SPDR = byte;while (!(S PSR & 0x80);return SP DR;/*/主程序例子 /* void main (void) un sig ned long temp;un sig ned char data512;un sig ned char data2512='sssssssssssssssssssssssss'un sig ned char comm1=

29、'rnhello worldrn'un sig ned char comm2='rnSD_INIT OKrn'uart0_i ni t();SD_Port_Ini t();/端口初始化if(SD_ In itO= 0x01)/SD卡初始化，并读取返回值p utstr(comm2);temp="SD"_fi nd();/查找DATASTART 数据开始标志，返回下一扇区地址SD_read_sector(1001,data);/读取temp地址的512字节数据，512字节数据存入data数组P utstr(data);SD_write_sector(te mp ,data2);/将data2数组512字节数据写入temp扇区测试程序很简单，仅仅是做了一下读写SD卡的测试。关于SD卡的几点注意事项。1、无论我们愿意不愿意，SD卡每次读写数据的最小单位是1个扇区，即512个字节。2、SD卡与单片机连接的 SPI总线不能太长，要尽量短。