SD卡在单片机上的应用

（1）SD卡的引脚定义： 

SD卡SPI模式下与单片机的连接图： 注意：SPI模式时,这些信号需要在主机端用10~100K欧的电阻上拉。 
    

SD卡支持两种总线方式：SD方式与SPI方式。 
        SD方式采用6线制，使用CLK、CMD、DAT0~DAT3进行数据通信。 
        SPI方式采用4线制，使用CS、CLK、DataIn、DataOut进行数据通信。 
    SD方式时的数据传输速度与SPI方式要快，采用单片机对SD卡进行读写时一般都采用SPI模式。采用不同的初始化方式可以使SD卡工作于SD方式或SPI方式。 
（2） SPI方式驱动SD卡的方法 
     SD卡的SPI通信接口使其可以通过SPI通道进行数据读写。SPI接口的选用是在上电初始时向其写入第一个命令时进行的。 
1）命令与数据传输 
    1. 命令传输 
       SD卡自身有完备的命令系统，以实现各项操作。命令格式如下： 
        （还未整理）SD卡命令共分为12类，分别为class0到class11， 
不同的SDd卡，主控根据其功能，支持不同的命令集 如下: 
Class0 :(卡的识别、初始化等基本命令集) 
CMD0:复位SD 卡. 
CMD1:读OCR寄存器. 
CMD9:读CSD寄存器. 
CMD10:读CID寄存器. 
CMD12:停止读多块时的数据传输 
CMD13:读 Card_Status 寄存器 
Class2 (读卡命令集): 
CMD16:设置块的长度 
CMD17:读单块. 
CMD18:读多块,直至主机发送CMD12为止 .

Class4(写卡命令集) : 
CMD24:写单块. 
CMD25:写多块. 
CMD27:写CSD寄存器 . 
Class5 (擦除卡命令集): 
CMD32:设置擦除块的起始地址. 
CMD33:设置擦除块的终止地址. 
CMD38: 擦除所选择的块. 
Class6(写保护命令集): 
CMD28:设置写保护块的地址. 
CMD29:擦除写保护块的地址. 
CMD30: Ask the card for the status of the write protection bits

class7：卡的锁定，解锁功能命令集   
class8：申请特定命令集 。 
class10 －11 ：保留 
其中 class1,    class3,class9：SPI模式不支持 ） 
就是那个序号+0x40 
const BYTE cmd0[5]   = {0x40,0x00,0x00,0x00,0x00};就是0+0x40=0x40 
const BYTE cmd55[5]  = {0x77,0x00,0x00,0x00,0x00};就是55+0x40(十进制是64）=0x77 
unsigned char CMD[]  = {0x58,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};

命令的传输过程采用发送应答机制，过程如下： 
       每一个命令都有自己命令应答格式。在SPI模式中定义了三种应答格式，如下表所示： 

写命令的例程： 
//--------------------------------------------------- 
  向SD卡中写入命令，并返回回应的第二个字节 
//--------------------------------------------------- 
unsigned char Write_Command_SD(unsigned char *CMD) 
{ 
   unsigned char tmp; 
   unsigned char retry=0; 
   unsigned char i;

SPI_CS=1;               //禁止SD卡片选 
   Write_Byte_SD(0xFF);    //发送8个时钟信号 
   SPI_CS=0;               //使能SD卡片选    for (i=0;i<6;i++)    //向SD卡发送6字节命令 
   { 
      Write_Byte_SD(*CMD++); 
   } 
   
   //获得16位的回应 
   Read_Byte_SD(); //read the first byte,ignore it. 
   do 
   {  //读取后8位 
      tmp = Read_Byte_SD(); 
      retry++; 
   } 
   while((tmp==0xff)&&(retry<100)); 
   return(tmp); 
}

2）初始化 
    在初始化过程中，SPI的时钟不能太快，否则会造初始化失败。在初始化成功后，应尽量提高SPI的速率。在刚开始要先发送至少74个时钟信号，这是必须的。随后就是写入两个命令CMD0与CMD1，使SD卡进入SPI模式 
    初始化时序图： 
    初始化例程： 
//------------------------------------------------ 
    初始化SD卡到SPI模式 
//------------------------------------------------ 
unsigned char SD_Init() 
{   
   unsigned char retry,temp; 
   unsigned char i; 
   unsigned char CMD[] = {0x40,0x00,0x00,0x00,0x00,0x95}; 
   SD_Port_Init(); //初始化驱动端口 
   
   Init_Flag=1; //将初始化标志置1

for (i=0;i<0x0f;i++) 
   { 
      Write_Byte_SD(0xff); //发送至少74个时钟信号 
   } 
     
   //向SD卡发送CMD0 
   retry=0; 
   do 
   { //为了能够成功写入CMD0,在这里写200次 
     temp=Write_Command_SD(CMD); 
     retry++; 
     if(retry==200) 
     { //超过200次 
       return(INIT_CMD0_ERROR);//CMD0 Error! 
     } 
   } 
   while(temp!=1);  //回应01h，停止写入 
   
   //发送CMD1到SD卡 
   CMD[0] = 0x41; //CMD1 
   CMD[5] = 0xFF; 
   retry=0; 
   do 
   { //为了能成功写入CMD1,写100次 
     temp=Write_Command_SD(CMD); 
     retry++; 
     if(retry==100) 
     { //超过100次 
       return(INIT_CMD1_ERROR);//CMD1 Error! 
     } 
   } 
   while(temp!=0);//回应00h停止写入 
   
   Init_Flag=0; //初始化完毕，初始化标志清零 
   
   SPI_CS=1;  //片选无效 
   return(0); //初始化成功 
} 
3）读取CID 
CID寄存器存储了SD卡的标识码。每一个卡都有唯一的标识码。 
CID寄存器长度为128位。它的寄存器结构如下： 

它的读取时序如下： 
与此时序相对应的程序如下： 
//-------------------------------------------------------- 
    读取SD卡的CID寄存器   16字节   成功返回0 
//-------------------------------------------------------- 
unsigned char Read_CID_SD(unsigned char *Buffer) 
{ 
   //读取CID寄存器的命令 
   unsigned char CMD[] = {0x4A,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF}; 
   unsigned char temp; 
   temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16); //read 16 bytes 
   return(temp); 
} 
4）读取CSD 
    CSD（Card-Specific Data）寄存器提供了读写SD卡的一些信息。其中的一些单元可以由用户重新编程。具体的CSD结构如下： 

读取CSD 的时序：

相应的程序例程如下： 
//---------------------------------------------------- 
    读SD卡的CSD寄存器   共16字节    返回0说明读取成功 
//---------------------------------------------------- 
unsigned char Read_CSD_SD(unsigned char *Buffer) 
{   
   //读取CSD寄存器的命令 
   unsigned char CMD[] = {0x49,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF}; 
   unsigned char temp; 
   temp=SD_Read_Block(CMD,Buffer,16); //read 16 bytes 
   return(temp); 
}

4）读取SD卡信息 
综合上面对CID与CSD寄存器的读取，可以知道很多关于SD卡的信息，以下程序可以获取这些信息。如下： 
//---------------------------------------------------------- 
//返回 
//       SD卡的容量，单位为M 
//       sector count and multiplier MB are in 
u08 == C_SIZE / (2^(9-C_SIZE_MULT)) 
//       SD卡的名称 
//------------------------------------------------------------ 
void SD_get_volume_info() 
{   
    unsigned char i; 
    unsigned char c_temp[5]; 
    VOLUME_INFO_TYPE SD_volume_Info,*vinf; 
    vinf=&SD_volume_Info; //Init the pointoer; 
/读取CSD寄存器 
    Read_CSD_SD(sectorBuffer.dat); 
//获取总扇区数 
   vinf->sector_count = sectorBuffer.dat[6] & 0x03; 
   vinf->sector_count <<= 8; 
   vinf->sector_count += sectorBuffer.dat[7]; 
   vinf->sector_count <<= 2; 
   vinf->sector_count += (sectorBuffer.dat[8] & 0xc0) >> 6; 
   // 获取multiplier 
   vinf->sector_multiply = sectorBuffer.dat[9] & 0x03; 
   vinf->sector_multiply <<= 1; 
   vinf->sector_multiply += (sectorBuffer.dat[10] & 0x80) >> 7; 
//获取SD卡的容量 
   vinf->size_MB = vinf->sector_count >> (9-vinf->sector_multiply); 
   // get the name of the card 
   Read_CID_SD(sectorBuffer.dat); 
   vinf->name[0] = sectorBuffer.dat[3]; 
   vinf->name[1] = sectorBuffer.dat[4]; 
   vinf->name[2] = sectorBuffer.dat[5]; 
   vinf->name[3] = sectorBuffer.dat[6]; 
   vinf->name[4] = sectorBuffer.dat[7]; 
   vinf->name[5] = 0x00; //end flag       
} 
         以上程序将信息装载到一个结构体中，这个结构体的定义如下： 
typedef struct SD_VOLUME_INFO 
{ //SD/SD Card info 
  unsigned int  size_MB; 
  unsigned char sector_multiply; 
  unsigned int  sector_count; 
  unsigned char name[6]; 
} VOLUME_INFO_TYPE; 
5）  扇区读 
    扇区读是对SD卡驱动的目的之一。SD卡的每一个扇区中有512个字节，一次扇区读操作将把某一个扇区内的512个字节全部读出。过程很简单，先写入命令，在得到相应的回应后，开始数据读取。 
扇区读的时序：

扇区读的程序例程： 
unsigned char SD_Read_Sector(unsigned long sector,unsigned char *buffer) 
{   
   unsigned char retry; 
   //命令16 
   unsigned char CMD[] = {0x51,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF}; 
   unsigned char temp; 
   
   //地址变换   由逻辑块地址转为字节地址 
   sector = sector << 9; //sector = sector * 512

CMD[1] = ((sector & 0xFF000000) >>24 ); 
   CMD[2] = ((sector & 0x00FF0000) >>16 ); 
   CMD[3] = ((sector & 0x0000FF00) >>8 );

//将命令16写入SD卡 
   retry=0; 
   do 
   {  //为了保证写入命令  一共写100次 
      temp=Write_Command_MMC(CMD); 
      retry++; 
      if(retry==100) 
      { 
        return(READ_BLOCK_ERROR); //block write Error! 
      } 
   } 
   while(temp!=0); 
                       
   //Read Start Byte form MMC/SD-Card (FEh/Start Byte) 
   //Now data is ready,you can read it out. 
   while (Read_Byte_MMC() != 0xfe); 
   readPos=0; 
  SD_get_data(512,buffer) ;  //512字节被读出到buffer中 
return 0; 
} 
其中SD_get_data函数如下： 
//---------------------------------------------------------------------------- 
    获取数据到buffer中 
//---------------------------------------------------------------------------- 
void SD_get_data(unsigned int Bytes,unsigned char *buffer) 
{ 
   unsigned int j; 
   for (j=0;j<Bytes;j++) 
      *buffer++ = Read_Byte_SD(); 
} 
6）  扇区写 
    扇区写是SD卡驱动的另一目的。每次扇区写操作将向SD卡的某个扇区中写入512个字节。过程与扇区读相似，只是数据的方向相反与写入命令不同而已。 
    扇区写的时序： 
    扇区写的程序例程： 
//--------------------------------------------------------- 
    写512个字节到SD卡的某一个扇区中去   返回0说明写入成功 
//--------------------------------------------------------- 
unsigned char SD_write_sector(unsigned long addr,unsigned char *Buffer) 
{   
   unsigned char tmp,retry; 
   unsigned int i; 
   //, 命令24 
   unsigned char CMD[] = {0x58,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF}; 
   addr = addr << 9; //addr = addr * 512 
     
   CMD[1] = ((addr & 0xFF000000) >>24 ); 
   CMD[2] = ((addr & 0x00FF0000) >>16 ); 
   CMD[3] = ((addr & 0x0000FF00) >>8 );

//写命令24到SD卡中去 
   retry=0; 
   do 
   {  //为了可靠写入，写100次 
      tmp=Write_Command_SD(CMD); 
      retry++; 
      if(retry==100) 
      { 
        return(tmp); //send commamd Error! 
      } 
   } 
   while(tmp!=0);

//在写之前先产生100个时钟信号 
   for (i=0;i<100;i++) 
   { 
      Read_Byte_SD(); 
   } 
     
   //写入开始字节 
   Write_Byte_MMC(0xFE);     
     
   //现在可以写入512个字节 
   for (i=0;i<512;i++) 
   { 
      Write_Byte_MMC(*Buffer++); 
   }

//CRC-Byte 
   Write_Byte_MMC(0xFF); //Dummy CRC 
   Write_Byte_MMC(0xFF); //CRC Code 
   
     
   tmp=Read_Byte_MMC();   // read response 
   if((tmp & 0x1F)!=0x05) // 写入的512个字节是未被接受 
   { 
     SPI_CS=1; 
     return(WRITE_BLOCK_ERROR); //Error! 
   } 
   //等到SD卡不忙为止 
//因为数据被接受后，SD卡在向储存阵列中编程数据 
   while (Read_Byte_MMC()!=0xff){}; 
     
   //禁止SD卡 
   SPI_CS=1; 
   return(0);//写入成功 
} 
    单片机采用STC89LE单片机（SD卡的初始化电压为2.0V~3.6V，操作电压为3.1V~3.5V，因此不能用5V单片机，或进行分压处理），工作于22.1184M的时钟下。
 
 
附：SPI，是英语Serial Peripheral Interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，由ss(cs)、sck、sdi、sdo构成。
    上升沿发送、下降沿接收、高位先发送。
    上升沿到来的时候，sdo上的电平将被发送到从设备的寄存器中。
    下降沿到来的时候，sdi上的电平将被接收到主设备的寄存器中。