SD卡原理与内部结构.docx

1、SD卡原理与内部结构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：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）

2、、SD 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，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

3、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

4、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，

5、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。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），

6、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

7、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 #define SD_SCK PB1#define SD_MOSI PB2#define SD_MISO PB3/*#define SD_DDR DDRB#define SD_PORT PORTB#define SD_PIN PINB#define SD_SS_H SD_PORT |= (1#define SDSS_L SD_PORT &= (1#define SD_SCK_H SD_PORT |= (1#define SD_SCK_L SD_P

8、ORT &= (1#define SD_MOSI_H SD_PORT |= (1#define SD_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_BLOCK_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 SD_RESET 0

9、x40 + 0 #define SD_INIT 0x40 + 1#define SD_READ_CSD 0x40 + 9#define SD_READ_CID 0x40 + 10#define SD_STOP_TRANSMISSION 0x40 + 12#define SD_SEND_STATUS 0x40 + 13#define SD_SET_BLOCKLEN 0x40 + 16#define SD_READ_BLOCK 0x40 + 17#define SD_READ_MULTI_BLOCK 0x40 + 18#define SD_WRITE_BLOCK 0x40 + 24#define

10、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/*/ICC-AVR application builder : 03-5-20 8:39:11/ Target : M128/ Crystal: 3.6864Mhz#include#include#include sd.hvoid uart0_init(void);void putchar(unsigned

11、char content);void putstr(unsigned char *s);void SD_Port_Init(void);unsigned char SD_Init(void);unsigned char SD_write_sector(unsigned long addr,unsigned char *Buffer);unsigned char SD_read_sector(unsigned long addr,unsigned char *Buffer);unsigned char SPI_TransferByte(unsigned char byte);unsigned c

12、har 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; /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 rat

13、e 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 |= (1SD_DDR |= (1SD_DDR &= (1/*/ 初始化 MMC/SD 卡为SPI模式unsigned char

14、 SD_Init(void)/*unsigned char retry,temp;unsigned char i;SPCR=0x53; /设定SPI为128分频，慢速进行初始化SPSR=0x00;for (i=0;i24);SPI_TransferByte(address16);SPI_TransferByte(address8);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 retry+;while(

15、tmp=0xff)&(retry8);return(tmp);/*/ 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); /延迟8个时钟 SD_Enable(); /开片选temp = Write_Command_MMC(MMC_WRITE_BLOCK,addr9); /发送写扇区命令if(temp !=

16、0x00)SD_Disable();return(temp);SPI_TransferByte(0xFF);SPI_TransferByte(0xFF);SPI_TransferByte(0xFE);for (i=0;i512;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) /如果最后4

17、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); /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

18、;SPI_TransferByte(0xff); MMC_Enable();temp = Write_Command_SD(SD_READ_BLOCK,addr9);/发送读扇区命令if(temp != 0x00)SD_Disable();return(READ_BLOCK_ERROR); /返回错误号 while(SPI_TransferByte(0xff) != 0xfe);for(i=0;i512;i+)data = SPI_TransferByte(0xff); /存数据 *Buffer+=data;SPI_TransferByte(0xff); /读CRC码SPI_TransferByte(0xff); /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/*unsigned long SD_find(void) unsigned long tmp=400;unsigned char data512;doSD_read_sector(tmp,data); /从0扇区开始查找tmp+; /查找DATASTART