SD卡原理及内部结构

1、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： SD卡内部图.JPG2、SD卡管脚图：SD卡图.JPG3、SPI模式下SD各管脚名称为：sd 卡：SPI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：（A）、SD

2、MODE 1、CD/DATA3   2、CMD 3、VSS1 4、VDD 5、CLK 6、VSS2 7、DATA0 8、DATA1 9、DATA2（B）、SPI MODE 1、CS             2、DI 3、VSS 4、VDD 5、SCLK 6、VSS2 7、DO           8、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，S

3、D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，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 卡或所有卡；DAT03：数据线，数据可以从卡传向主机也可以从主机传向卡。SD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SPI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。4、MicroSD卡管脚图：MicroSD卡管脚图.JPG5、MicroSD卡管脚名称：MicroSD卡管脚名 称.JPGSD 卡

4、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。一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。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SD卡上写入数据，这就表明使用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人来说有些得不偿失。4）、SD卡支持 两种操作模式，SD模式和SPI模式，SPI模式做SD数据操

5、作时根本不需要知道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：SD卡试验时使用的电路 图.JPGSD_CS/ 连接到单片机的片选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连接单片机SPI总线的MOSI管脚（SPI数据 输入），单片机从这个管脚读取SD卡内的数据。MISO连接单片机SPI总线的MISO管脚（SPI数据输出）、单片机通过这个管脚向SD卡内写 入数据

6、。SCK连接单片机SPI总线的SCK(SPI时钟）SD管脚实际上在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，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 插入SD卡。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。SPI

7、命令格式Byte 1Byte2-5Byte 6765        031       07001CommandCommand ArgumentCRC1以下是一个简单的测试SD卡读 写的程序，程序是基于Atmega128单片机编写的，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_SS          PB6 

8、60;                        #define SD_SCK         PB1#define SD_MOSI        PB2#define SD_MISO  

9、0;     PB3/*#define SD_DDR         DDRB#define SD_PORT        PORTB#define SD_PIN         PINB#define SD_SS_H        SD_PORT |= (1

10、<#define SDSS_L        SD_PORT &= (1<#define SD_SCK_H       SD_PORT |= (1<#define SD_SCK_L       SD_PORT &= (1<#define SD_MOSI_H      SD_PORT |= (1<#define S

11、D_MOSI_L      SD_PORT &= (1<#define SD_MISO_IN     (SD_PIN&(1</-/ 错误号/-#define INIT_CMD0_ERROR         0xFF#define INIT_CMD1_ERROR         0xFE#define WRITE_BLOC

12、K_ERROR       0xFD#define READ_BLOCK_ERROR        0xFC#define TRUE                    0x01/- / MMC/SD 命令(命令号从40开始，只列出基本命令，并没有都使用)/-#define S

13、D_RESET                0x40 + 0                   #define SD_INIT           

14、0;    0x40 + 1#define SD_READ_CSD            0x40 + 9#define SD_READ_CID            0x40 + 10#define SD_STOP_TRANSMISSION    0x40 + 12#define SD_SEND_STATUS

15、0;           0x40 + 13#define SD_SET_BLOCKLEN        0x40 + 16#define SD_READ_BLOCK            0x40 + 17#define SD_READ_MULTI_BLOCK    0x40 + 18#

16、define SD_WRITE_BLOCK            0x40 + 24#define SD_WRITE_MULTI_BLOCK    0x40 + 25/片选关(MMC/SD-Card Invalid)#define SD_Disable()   SD_SS_H/片选开 (MMC/SD-Card Active)#define SD_Enable()    SD_SS_LSD_TEST.C/*/

17、ICC-AVR application builder : 03-5-20 8:39:11/ Target : M128/ Crystal: 3.6864Mhz#include#include#include 'sd.h'void uart0_init(void);void putchar(unsigned char content);void putstr(unsigned char *s);void SD_Port_Init(void);unsigned char SD_Init(void);unsigned char SD_write_sector(unsigned lo

18、ng addr,unsigned char *Buffer);unsigned char SD_read_sector(unsigned long addr,unsigned char *Buffer);unsigned char SPI_TransferByte(unsigned char byte);unsigned char Write_Command_SD(unsigned char cmd,unsigned long address);unsigned long SD_find(void);/*/ 串口调试程序/*void uart0_init(void)UCSR0B = 0x00;

19、 /disable while setting 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 rate loUBRR0H = 0x00; /set baud rate hi 设置UART0口通信速率9600UCSR0B = 0x18;void putchar(unsigned char content)while(!(UCSR0A & (1 << UDRE0); /*    判断上次发

20、送有没有完成    */UDR0 = content;    /*    发送数据    */void putstr(unsigned char *s)while(*s)putchar(*s);s+;/*/ 端口初始化void SD_Port_Init(void)/*SD_PORT        |= (1<<SD_DDR      &

21、#160;  |= (1<<<SD_DDR         &= (1</*/ 初始化 MMC/SD 卡为SPI模式unsigned char SD_Init(void)/*unsigned char retry,temp;unsigned char i;SPCR=0x53;                 

22、;          /设定SPI为128分频，慢速进行初始化SPSR=0x00;for (i=0;i<0x0f;i+)           SPI_TransferByte(0xff); /延迟74个以上的时钟SD_Enable();              

23、      /开片选SPI_TransferByte(SD_RESET);    /发送复位命令SPI_TransferByte(0x00);SPI_TransferByte(0x00);SPI_TransferByte(0x00);SPI_TransferByte(0x00);SPI_TransferByte(0x95);           SPI_TransferByte(0xff);SPI_TransferB

24、yte(0xff);retry=0;dotemp="Write"_Command_SD(SD_INIT,0);      /发送初始化命令retry+;if(retry=100)                             /重试100次

25、SD_Disable();                     /关片选return(INIT_CMD1_ERROR);      /如果重试100次失败返回错误号while(temp!=0);            

26、0;                MSD_Disable();                                &

27、#160; /关片选SPCR=0x50;                                        /设置SPI为2分频。进行高速读写SPSR=0x01;return(TRUE); 

28、;                                 /返回成功/*/ 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unsigned char Write_Command_SD(unsigned char cm

29、d,unsigned long address)/*unsigned char tmp;unsigned char retry="0"SD_Disable();SPI_TransferByte(0xFF);SD_Enable();SPI_TransferByte(cmd);                     /将32位地址进行移位作为地址字节  

30、60;                                  SPI_TransferByte(address>>24);SPI_TransferByte(address>>16);SPI_TransferByte(address&g

31、t;>8);SPI_TransferByte(address);SPI_TransferByte(0xFF);SPI_TransferByte(0xFF);dotmp = SPI_TransferByte(0xFF);    /发送8个时钟接受最后一个字节                         

32、0;                                         retry+;while(tmp=0xff)&&(retry<8);return(tmp);

33、/*/ 写一个扇区(512Byte) to MMC/SD-Card/如果写完成返回TRUEunsigned char SD_write_sector(unsigned long addr,unsigned char *Buffer)/*unsigned char temp;unsigned int i;SPI_TransferByte(0xFF);                     

34、;               /延迟8个时钟             SD_Enable();                    &#

35、160;                       /开片选temp = Write_Command_MMC(MMC_WRITE_BLOCK,addr<<9);        /发送写扇区命令if(temp != 0x00)SD_Disable();return(temp);SPI_Transf

36、erByte(0xFF);SPI_TransferByte(0xFF);SPI_TransferByte(0xFE);for (i=0;i<512;i+)SPI_TransferByte(*Buffer+); /发送512字节数据/CRC-ByteSPI_TransferByte(0xFF); /Dummy CRCSPI_TransferByte(0xFF); /CRC Codetemp = SPI_TransferByte(0xFF);   /读SD卡运行响应if(temp & 0x1F)!=0x05)    

37、0;        /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 (SPI_TransferByte(0xFF) != 0xFF);SD_Disable();return(TRUE);                   

38、0;        /返回成功 /*/ 读512字节 from MMC/SD-Card/如果成功返回TRUEunsigned char SD_read_sector(unsigned long addr,unsigned char *Buffer)/*unsigned char temp;unsigned int i;unsigned char data;SPI_TransferByte(0xff);          

39、60;                                      MMC_Enable();temp = Write_Command_SD(SD_READ_BLOCK,addr<<9);/发送读扇区命令

40、if(temp != 0x00)SD_Disable();return(READ_BLOCK_ERROR);                /返回错误号                while(SPI_TransferByte(0xff) != 0xfe);for(i=0;i<512;i+)

41、data = SPI_TransferByte(0xff);        /存数据 *Buffer+=data;SPI_TransferByte(0xff);                        /读CRC码SPI_TransferByte(0xff);   

42、;                     /读CRC码SD_Disable();return(TRUE);                        &#

43、160;           /返回成功/*/ 查找数据开始标志（预设DATASTART）根据实际需要删改/*unsigned long SD_find(void)                            unsigned l

44、ong tmp="400"unsigned char data512;doSD_read_sector(tmp,data);                    /从0扇区开始查找tmp+;                

45、60;                       /查找DATASTART       while(!(data0='D')&&(data1='A')&&(data2='T')&&(data3='A')&a

46、mp;&(data4='S')&&(data5='T')&&(data6='A')&&(data7='R')&&(data8='T');return tmp;                        &

47、#160;           /返回开始标志的下一个扇区     /*/ 发送一个字节/*unsigned char SPI_TransferByte(unsigned char byte)SPDR = byte;while (!(SPSR & 0x80);                

48、               /检测线路是否空闲                       return SPDR;/*/ 主程序例子/*void main(void)    unsigned long te

49、mp;unsigned char data512;unsigned char data2512='sssssssssssssssssssssssss'unsigned char comm1='rnhello worldrn'unsigned char comm2='rnSD_INIT OKrn'uart0_init();SD_Port_Init();                     /端口初始化if(SD_Init()= 0x01)                               &#