SD原理及其应用Secure Digital Memory Card

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1、SD卡在单片机上的应用SD卡在现在的日常生活与工作中使用非常广泛,时下已经成为最为通用的数据存储卡。在诸如MP3、数码相机等设备上也都采用SD卡作为其存储设备。SD卡之所以得到如此广泛的使用,是因为它价格低廉、存储容量大、使用方便、通用性与安全性强等优点。既然它有着这么多优点,那么如果将它加入到单片机应用开发系统中来,将使系统变得更加出色。这就要求对SD卡的硬件与读写时序进行研究。对于SD卡的硬件结构,在官方的文档上有很详细的介绍,如SD卡内的存储器结构、存储单元组织方式等内容。要实现对它的读写,最核心的是它的时序,笔者在经过了实际的测试后,

2、使用51单片机成功实现了对SD卡的扇区读写,并对其读写速度进行了评估。下面先来讲解SD卡的读写时序。(1)SD卡的引脚定义注: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

3、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

4、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: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*****************************************/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

5、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:C程序/***********************************************初始化SD卡到SPI模式************************************************/3)读取CIDCID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

6、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:C程序//------------------------------------------------------------读取SD卡的CID寄存器16字节成功返回0//------------------------------------------------------------4)读取CSDCSD(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:读取CSD的时序:相应的程序例程如下:C程序//

7、-------------------------------------------------------------------读SD卡的CSD寄存器共16字节返回0说明读取成功//-------------------------------------------------------------------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: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

8、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:C程序6)扇区写扇区写是SD卡驱动的另一目的。每次

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