STM32之SD卡驅(qū)動
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只需要4個IO口即可外擴一個最大達32GB以上的外部存儲器，容量從幾十M到幾十G選擇尺度很大，更換也很方便，編程也簡單，是單片機大容量外部存儲器的首選。
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44.1 SD卡簡介
44.2
44.3
44.4
44.1 SD卡簡介
SD卡（Secure Digital Memory Card）中文翻譯為安全數(shù)碼卡，它是在MMC的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，是一種基于半導(dǎo)體快閃記憶器的新一代記憶設(shè)備，它被廣泛地于便攜式裝置上使用，例如數(shù)碼相機、個人數(shù)碼助理(PDA)和多媒體播放器等。SD卡由日本松下、東芝及美國SanDisk公司于1999年8月共同開發(fā)研制。大小猶如一張郵票的SD記憶卡，重量只有2克，但卻擁有高記憶容量、快速數(shù)據(jù)傳輸率、極大的移動靈活性以及很好的安全性。按容量分類，可以將SD卡分為3類：SD卡、SDHC卡、SDXC卡。如表44.1.1所示：
容量 | 命名 | 簡稱 |
0~2G | Standard Capacity SD Memory Card | SDSC或SD |
2G~32G | High Capacity SD Memory Card | SDHC |
32G~2T | Extended Capacity SD Memory Card | SDXC |
表44.1.1 SD卡按容量分類
SD卡和SDHC卡協(xié)議基本兼容，但是SDXC卡，同這兩者區(qū)別就比較大了，本章我們討論的主要是SD/SDHC卡（簡稱SD卡）。
SD卡一般支持2種操作模式：
1，SD卡模式（通過SDIO通信）；
2，SPI模式；
主機可以選擇以上任意一種模式同SD卡通信，SD卡模式允許4線的高速數(shù)據(jù)傳輸。SPI模式允許簡單的通過SPI接口來和SD卡通信，這種模式同SD卡模式相比就是喪失了速度。
SD卡的引腳排序如下圖44.1.1所示：
圖44.1.1 SD卡引腳排序圖
SD卡引腳功能描述如表45.1.2所示：
SD卡只能使用3.3V的IO電平，所以，MCU一定要能夠支持3.3V的IO端口輸出。注意：在SPI模式下，CS/MOSI/MISO/CLK都需要加10~100K左右的上拉電阻。
SD卡有5個寄存器，如表45.1.3所示：
名稱 | 寬度 | 描述 |
CID | 128 | 卡標(biāo)識寄存器 |
RCA | 16 | 相對卡地址（Relative card address）寄存器:本地系統(tǒng)中卡的地址，動態(tài)變化，在主機初始化的時候確定 *SPI模式中沒有 |
CSD | 128 | 卡描述數(shù)據(jù):卡操作條件相關(guān)的信息數(shù)據(jù) |
SCR | 64 | SD配置寄存器:SD卡特定信息數(shù)據(jù) |
OCR | 32 | 操作條件寄存器 |
表45.1.3 SD卡相關(guān)寄存器
關(guān)于這些寄存器的詳細描述，請參考光盤相關(guān)SD卡資料。我們在這里就不描述了。接下來，我們看看SD卡的命令格式，如表45.1.4所示：
字節(jié)1 | 字節(jié)2--5 | 字節(jié)6 | |||
7 | 6 | 5 | 31 | 7 | 0 |
0 | 1 | command | 命令參數(shù) | CRC | 1 |
表45.1.4 SD卡命令格式
SD卡的指令由6個字節(jié)組成，字節(jié)1的最高2位固定為01，低6位為命令號（比如CMD16，為10000即16進制的0X10，完整的CMD16，第一個字節(jié)為01010000，即0X10+0X40）。
字節(jié)2~5為命令參數(shù)，有些命令是沒有參數(shù)的。
字節(jié)6的高七位為CRC值，最低位恒定為1。
SD卡的命令總共有12類，分為Class0~Class11，本章，我們僅介紹幾個比較重要的命令，如表45.1.5所示：
命令 | 參數(shù) | 回應(yīng) | 描述 |
CMD0(0X00) | NONE | R1 | 復(fù)位SD卡 |
CMD8(0X08) | VHS+Check pattern | R7 | 發(fā)送接口狀態(tài)命令 |
CMD9(0X09) | NONE | R1 | 讀取卡特定數(shù)據(jù)寄存器 |
CMD10(0X0A) | NONE | R1 | 讀取卡標(biāo)志數(shù)據(jù)寄存器 |
CMD16(0X10) | 塊大小 | R1 | 設(shè)置塊大?。ㄗ止?jié)數(shù)） |
CMD17(0X11) | 地址 | R1 | 讀取一個塊的數(shù)據(jù) |
CMD24(0X18) | 地址 | R1 | 寫入一個塊的數(shù)據(jù) |
CMD41(0X29) | NONE | R3 | 發(fā)送給主機容量支持信息和激活 卡初始化過程 |
CMD55(0X37) | NONE | R1 | 告訴SD卡，下一個是特定應(yīng)用命令 |
CMD58(0X3A) | NONE | R3 | 讀取OCR寄存器 |
表45.1.5 SD卡部分命令
上表中，大部分的命令是初始化的時候用的。表中的R1、R3和R7等是SD卡的回應(yīng)，SD卡和單片機的通信采用發(fā)送應(yīng)答機制，如圖45.1.2所示：
圖45.1.2 SD卡命令傳輸過程
R1響應(yīng)格式 | ||||||||
位 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
含義 | 開始位 始終為0 | 參數(shù) 錯誤 | 地址 錯誤 | 擦除序列 錯誤 | CRC錯誤 | 非法 命令 | 擦除 復(fù)位 | 閑置 狀態(tài) |
表45.1.6 R1響應(yīng)各位描述
接著我們看看SD卡的初始化，SD卡的典型初始化過程如下：
1、初始化與SD卡連接的硬件條件（MCU的SPI配置，IO口配置）；
2、上電延時（>74個CLK）；
3、復(fù)位卡（CMD0），進入IDLE狀態(tài)；
4、發(fā)送CMD8，檢查是否支持2.0協(xié)議；
5、根據(jù)不同協(xié)議檢查SD卡（命令包括：CMD55、CMD41、CMD58和CMD1等）；
6、取消片選，發(fā)多8個CLK，結(jié)束初始化
這樣我們就完成了對SD卡的初始化，注意末尾發(fā)送的8個CLK是提供SD卡額外的時鐘，完成某些操作。通過SD卡初始化，我們可以知道SD卡的類型（V1、V2、V2HC或者MMC），在完成了初始化之后，就可以開始讀寫數(shù)據(jù)了。
SD卡讀取數(shù)據(jù)，這里通過CMD17來實現(xiàn)，具體過程如下：
1、發(fā)送CMD17；
2、接收卡響應(yīng)R1；
3、接收數(shù)據(jù)起始令牌0XFE；
4、接收數(shù)據(jù)；
5、接收2個字節(jié)的CRC，如果不使用CRC，這兩個字節(jié)在讀取后可以丟掉。
6、禁止片選之后，發(fā)多8個CLK；
以上就是一個典型的讀取SD卡數(shù)據(jù)過程，SD卡的寫于讀數(shù)據(jù)差不多，寫數(shù)據(jù)通過CMD24來實現(xiàn)，具體過程如下：
1、發(fā)送CMD24;
2、接收卡響應(yīng)R1；
3、發(fā)送寫數(shù)據(jù)起始令牌0XFE；
4、發(fā)送數(shù)據(jù)；
5、發(fā)送2字節(jié)的偽CRC；
6、禁止片選之后，發(fā)多8個CLK；
以上就是一個典型的寫SD卡過程。關(guān)于SD卡的介紹，我們就介紹到這里，更詳細的介紹請參考光盤SD卡的參考資料（SD卡2.0協(xié)議）。
44.2
本章實驗功能簡介：開機的時候先初始化SD卡，如果SD卡初始化完成，則提示LCD初始化成功。按下KEY0，讀取SD卡扇區(qū)0的數(shù)據(jù)，然后通過串口發(fā)送到電腦。如果沒初始化通過，則在LCD上提示初始化失敗。
本實驗用到的硬件資源有：
1）
2）
3）
4）
5）
前面四部分，在之前的實例已經(jīng)介紹過了，這里我們介紹一下戰(zhàn)艦STM32開發(fā)板板載的SD卡接口和STM32的連接關(guān)系，如圖44.2.1所示：
圖44.2.2 SD卡SPI方式硬件連接示意圖
關(guān)鍵詞：
STM32SD卡驅(qū)
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