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SD卡资料
SD卡管脚定义及C语言讲解
（1） SD卡的引脚定义：
SD卡引脚功能详述：
引脚
编号
SD模式
SPI模式
名称
类型
描述
名称
类型
描述
1
CD/DAT3
IO或PP
卡检测/
数据线3
#CS
I
片选
2
CMD
PP
命令/
回应
DI
I
数据输入
3
VSS1
S
电源地
VSS
S
电源地
4
VDD
S
电源
VDD
S
电源
5
CLK
I
时钟
SCLK
I
时钟
6
VSS2
S
电源地
VSS2
S
电源地
7
DAT0
IO或PP
数据线0
DO
O或PP
数据输出
8
DAT1
IO或PP
数据线1
RSV
9
DAT2
IO或PP
数据线2
RSV
注：
S：
电源供给 I：
输入O：
采用推拉驱动的输出
PP：
采用推拉驱动的输入输出
SD卡SPI模式下与单片机的连接图：
SD卡支持两种总线方式：
SD方式与SPI方式。
其中SD方式采用6线制，使用CLK、CMD、DAT0~DAT3进行数据通信。
而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。
这里只对其SPI方式进行介绍。
（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。
从应用的角度来看，采用SPI接口的好处在于，很多单片机内部自带SPI控制器，不光给开发上带来方便，同时也见降低了开发成本。
然而，它也有不好的地方，如失去了SD卡的性能优势，要解决这一问题，就要用SD方式，因为它提供更大的总线数据带宽。
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。
以下介绍SD卡的驱动方法，只实现简单的扇区读写。
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：
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：
字节
位
含义
1
7
开始位，始终为0
6
参数错误
5
地址错误
4
擦除序列错误
3
CRC错误
2
非法命令
1
擦除复位
0
闲置状态
字节
位
含义
1
7
开始位，始终为0
6
参数错误
5
地址错误
4
擦除序列错误
3
CRC错误
2
非法命令
1
擦除复位
0
闲置状态
2
7
溢出，CSD覆盖
6
擦除参数
5
写保护非法
4
卡ECC失败
3
卡控制器错误
2
未知错误
1
写保护擦除跳过，锁／解锁失败
0
锁卡
字节
位
含义
1
7
开始位，始终为0
6
参数错误
5
地址错误
4
擦除序列错误
3
CRC错误
2
非法命令
1
擦除复位
0
闲置状态
2～5
全部
操作条件寄存器，高位在前
写命令的例程：
1.//-----------------------------------------------------------------------------------------------
2. 向SD卡中写入命令，并返回回应的第二个字节
3.//-----------------------------------------------------------------------------------------------
4.unsigned char Write_Command_SD（unsigned char *CMD）
5.{
6. unsigned char tmp;
7. unsigned char retry=0;
8. unsigned char i;
9.
10. //禁止SD卡片选
11. SPI_CS=1;
12. //发送8个时钟信号
13. Write_Byte_SD（0xFF）;
14. //使能SD卡片选
15. SPI_CS=0;
16.
17. //向SD卡发送6字节命令
18. for （i=0;i<0x06;i++）
19. {
20. Write_Byte_SD（*CMD++）;
21. }
22.
23. //获得16位的回应
24. Read_Byte_SD（）; //read the first byte,ignore it.
25. do
26. { //读取后8位
27. tmp = Read_Byte_SD（）;
28. retry++;
29. }
30. while（（tmp==0xff）&&（retry<100））;
31. return（tmp）;
32.}
33.
2） 初始化
SD卡的初始化是非常重要的，只有进行了正确的初始化，才能进行后面的各项操作。
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。
在很多读者的实验中，很多是因为疏忽了这一点，而使初始化不成功。
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：
1.//--------------------------------------------------------------------------
2. 初始化SD卡到SPI模式
3.//--------------------------------------------------------------------------
4.unsigned char SD_Init（）
5.{
6. unsigned char retry,temp;
7. unsigned char i;
8. unsigned char CMD[] = {0x40,0x00,0x00,0x00,0x00,0x95};
9. SD_Port_Init（）; //初始化驱动端口
10.
11. Init_Flag=1; //将初始化标志置1
12.
13. for （i=0;i<0x0f;i++）
14. {
15. Write_Byte_SD（0xff）; //发送至少74个时钟信号
16. }
17.
18. //向SD卡发送CMD0
19. retry=0;
20. do
21. { //为了能够成功写入CMD0,在这里写200次
22. temp=Write_Command_SD（CMD）;
23. retry++;
24. if（retry==200）
25. { //超过200次
26. return（INIT_CMD0_ERROR）;//CMD0 Error!
27. }
28. }
29. while（temp!
=1）; //回应01h，停止写入
30.
31. //发送CMD1到SD卡
32. CMD[0] = 0x41; //CMD1
33. CMD[5] = 0xFF;
34. retry=0;
35. do
36. { //为了能成功写入CMD1,写100次
37. temp=Write_Command_SD（CMD）;
38. retry++;
39. if（retry==100）
40. { //超过100次
41. return（INIT_CMD1_ERROR）;//CMD1 Error!
42. }
43. }
44. while（temp!
=0）;//回应00h停止写入
45.
46. Init_Flag=0; //初始化完毕，初始化标志清零
47.
48. SPI_CS=1; //片选无效
49. return（0）; //初始化成功
50.}
51.
52.
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：
名称
域
数据宽度
CID划分
生产标识号
MID
8
[127:
120]
OEM/应用标识
OID
16
[119:
104]
产品名称
PNM
40
[103:
64]
产品版本
PRV
8
[63:
56]
产品序列号
PSN
32
[55:
24]
保留
－
4
[23:
20]
生产日期
MDT
12
[19:
8]
CRC7校验合
CRC
7
[7:
1]
未使用，始终为1
－
1
[0:
0]
它的读取时序如下：
与此时序相对应的程序如下：
1.//------------------------------------------------------------------------------------
2. 读取SD卡的CID寄存器 16字节 成功返回0
3.//-------------------------------------------------------------------------------------
4.unsigned char Read_CID_SD（unsigned char *Buffer）
5.{
6. //读取CID寄存器的命令
7. unsigned char CMD[] = {0x4A,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};
8. unsigned char temp;
9. temp=SD_Read_Block（CMD,Buffer,16）; //read 16 bytes
10. return（temp）;
11.}
4）读取CSD
CSD（Card-SpecificData）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：
名称
域
数据宽度
单元类型
CSD划分
CSD结构
CSD_STRUCTURE
2
R
[127:
126]
保留
-
6
R
[125:
120]
数据读取时间1
TAAC
8
R
[119:
112]
数据在CLK周期内读取时间2（NSAC*100）
NSAC
8
R
[111:
104]
最大数据传输率
TRAN_SPEED
8
R
[103:
96]
卡命令集合
CCC
12
R
[95:
84]
最大读取数据块长
READ_BL_LEN
4
R
[83:
80]
允许读的部分块
READ_BL_PARTIAL
1
R
[79:
79]
非线写块
WRITE_BLK_MISALIGN
1
R
[78:
78]
非线读块
READ_BLK_MISALIGN
1
R
[77:
77]
DSR条件
DSR_IMP
1
R
[76:
76]
保留
-
2
R
[75:
74]
设备容量
C_SIZE
12
R
[73:
62]
最大读取电流@VDDmin
VDD_R_CURR_MIN
3
R
[61:
59]
最大读取电流@VDDmax
VDD_R_CURR_MAX
3
R
[58:
56]
最大写电流@VDDmin
VDD_W_CURR_MIN
3
R
[55:
53]
最大写电流@VDDmax
VDD_W_CURR_MAX
3
R
[52:
50]
设备容量乘子
C_SIZE_MULT
3
R
[49:
47]
擦除单块使能
ERASE_BLK_EN
1
R
[46:
46]
擦除扇区大小
SECTOR_SIZE
7
R
[45:
39]
写保护群大小
WP_GRP_SIZE
7
R
[38:
32]
写保护群使能
WP_GRP_ENABLE
1
R
[31:
31]
保留
-
2
R
[30:
29]
写速度因子
R2W_FACTOR
3
R
[28:
26]
最大写数据块长度
WRITE_BL_LEN
4
R
[25:
22]
允许写的部分部
WRITE_BL_PARTIAL
1
R
[21:
21]
保留
-
5
R
[20:
16]
文件系统群
FILE_OFRMAT_GRP
1
R/W
[15:
15]
拷贝标志
COPY
1
R/W
[14:
14]
永久写保护
PERM_WRITE_PROTECT
1
R/W
[13:
13]
暂时写保护
TMP_WRITE_PROTECT
1
R/W
[12:
12]
文件系统
FIL_FORMAT
2
R/W
[11:
10]
保留
-
2
R/W
[9:
8]
CRC
CRC
7
R/W
[7:
1]
未用，始终为1
-
1
[0:
0]
读取CSD的时序：
相应的程序例程如下：
1.//-----------------------------------------------------------------------------------------
2. 读SD卡的CSD寄存器 共16字节 返回0说明读取成功
3.//-----------------------------------------------------------------------------------------
4.unsigned char Read_CSD_SD（unsigned char *Buffer）
5.{
6. //读取CSD寄存器的命令
7. unsigned char CMD[] = {0x49,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};
8. unsigned char temp;
9. temp=SD_Read_Block（CMD,Buffer,16）; //read 16 bytes
10. return（temp）;
11.}
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：
1.//-----------------------------------------------------------------------------------------------
2.//返回
3.// SD卡的容量，单位为M
4.// sector count and multiplier MB are in
5.u08 == C_SIZE / （2^（9-C_SIZE_MULT））
6.// SD卡的名称
7.//-----------------------------------------------------------------------------------------------
8.void SD_get_volume_info（）
9.{
10. unsigned char i;
11. unsigned char c_temp[5];
12. VOLUME_INFO_TYPE SD_volume_Info,*vinf;
13. vinf=&SD_volume_Info; //Init the pointoer;
14./读取CSD寄存器
15. Read_CSD_SD（sectorBuffer.dat）;
16.//获取总扇区数
17. vinf->sector_count = sectorBuffer.dat[6] & 0x03;
18. vinf->sector_count <<= 8;
19. vinf->sector_count += sectorBuffer.dat[7];
20. vinf->sector_count <<= 2;
21. vinf->sector_count += （sectorBuffer.dat[8] & 0xc0） >> 6;
22. // 获取multiplier
23. vinf->sector_multiply = sectorBuffer.dat[9] & 0x03;
24. vinf->sector_multiply <<= 1;
25. vinf->sector_multiply += （sectorBuffer.dat[10] & 0x80） >> 7;
26.//获取SD卡的容量
27. vinf->size_MB = vinf->sector_count >> （9-vinf->sector_multiply）;
28. // get the name of the card
29. Read_CID_SD（sectorBuffer.dat）;
30. vinf->name[0] = sectorBuffer.dat[3];
31. vinf->name[1] = sectorBuffer.dat[4];
32. vinf->name[2] = sectorBuffer.dat[5];
33. vinf->name[3] = sectorBuffer.dat[6];
34. vinf->name[4] = sectorBuffer.dat[7];
35. vinf->name[5] = 0x00; //end flag
36.}
37. 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：
38.typedef struct SD_VOLUME_INFO
39.{ //SD/SD Card info
40. unsigned int size_MB;
41. unsigned char sector_multiply;
42. unsigned int sector_count;
43. unsigned char name[6];
44.} 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：
1.unsigned char SD_Read_Sector（unsigned long sector,unsigned char *buffer）
2.{
3. unsigned char retry;
4. //命令16
5. unsigned char CMD[] = {0x51,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF};
6. unsigned char temp;
7.
8. //地址变换 由逻辑块地址转为字节地址
9. sector = sector << 9; //sector = sector * 512
10.
11. CMD[1] = （（sector & 0xFF000000） >>24 ）;
12. CMD[2] = （（sector & 0x00FF0000） >>16 ）;
13. CMD[3] = （（sector & 0x0000FF00） >>8 ）;
14.
15. //将命令16写入SD卡
16. retry=0;
17. do
18. { //为了保证写入命令 一共写100次
19. temp=Write_Command_MMC（CMD）;
20. retry++;
21. if（retry==100）
22. {
23. return（READ_BLOCK_ERROR）; //block write Error!
24. }
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