连载】【ALIENTEK 战舰STM32开发板】STM32开发指南--第四十四章SD卡实验2013-04-04 23:07第四十四章 SD卡实验很多单片机系统都需要大容量存储设备，以存储数据。
目前常用的有U盘，FLASH芯片，SD卡等。
他们各有优点，综合比较，最适合单片机系统的莫过于SD卡了，它不仅容量可以做到很大（32Gb以上），而且支持SPI接口，方便移动，并且有几种体积的尺寸可供选择（标准的SD卡尺寸，以及TF卡尺寸等），能满足不同应用的要求。
只需要4个IO口即可外扩一个最大达32GB以上的外部存储器，容量从几十M到几十G 选择尺度很大，更换也很方便，编程也简单，是单片机大容量外部存储器的首选。
ALIENTKE 战舰STM32开发板自带了标准的SD卡接口，可使用STM32自带的SPI/S DIO接口驱动（通过跳线帽选择驱动方式），本章我们使用SPI驱动，最高通信速度可达18Mbps，每秒可传输数据2M字节以上，对于一般应用足够了。
在本章中，我们将向大家介绍，如何在ALIENTEK战舰STM32开发板上实现SD卡的读取。
本章分为如下几个部分：44.1 SD卡简介44.2 硬件设计44.3 软件设计44.4 下载验证44.1 SD卡简介SD卡（Secure Digital Memory Card）中文翻译为安全数码卡，它是在MMC的基础上发展而来，是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，它被广泛地于便携式装置上使用，例如数码相机、个人数码助理(PDA)和多媒体播放器等。
SD卡由日本松下、东芝及美国SanDisk公司于1999年8月共同开发研制。
大小犹如一张邮票的SD记忆卡，重量只有2克，但却拥有高记忆容量、快速数据传输率、极大的移动灵活性以及很好的安全性。
按容量分类，可以将SD卡分为3类：SD卡、SDHC卡、SDXC卡。
如表44.1.1所示：容量命名简称0~2G Standard Capacity SD Memory Card SDSC或SD2G~32G High Capacity SD Memory Card SDHC32G~2T Extended Capacity SD Memory Card SDXC表44.1.1 SD卡按容量分类SD卡和SDHC卡协议基本兼容，但是SDXC卡，同这两者区别就比较大了，本章我们讨论的主要是SD/SDHC卡（简称SD卡）。
SD卡一般支持2种操作模式：1，SD卡模式（通过SDIO通信）；2，SPI模式；主机可以选择以上任意一种模式同SD卡通信，SD卡模式允许4线的高速数据传输。
SPI 模式允许简单的通过SPI接口来和SD卡通信，这种模式同SD卡模式相比就是丧失了速度。
SD卡的引脚排序如下图44.1.1所示：图44.1.1 SD卡引脚排序图SD卡引脚功能描述如表45.1.2所示：表45.1.2 SD卡引脚功能表SD卡只能使用3.3V的IO电平，所以，MCU一定要能够支持3.3V的IO端口输出。
注意：在SPI模式下，CS/MOSI/MISO/CLK都需要加10~100K左右的上拉电阻。
SD卡有5个寄存器，如表45.1.3所示：名称宽度描述CID 128 卡标识寄存器RCA 16 相对卡地址（Relative card address）寄存器:本地系统中卡的地址，动态变化，在主机初始化的时候确定*SPI模式中没有CSD 128 卡描述数据:卡操作条件相关的信息数据SCR 64 SD配置寄存器:SD卡特定信息数据OCR 32 操作条件寄存器表45.1.3 SD卡相关寄存器关于这些寄存器的详细描述，请参考光盘相关SD卡资料。
我们在这里就不描述了。
接下来，我们看看SD卡的命令格式，如表45.1.4所示：字节1 字节2--5 字节67 6 5 0 31 0 7 1 00 1 command 命令参数CRC 1表45.1.4 SD卡命令格式SD卡的指令由6个字节组成，字节1的最高2位固定为01，低6位为命令号（比如CM D16，为10000即16进制的0X10，完整的CMD16，第一个字节为01010000，即0 X10+0X40）。
字节2~5为命令参数，有些命令是没有参数的。
字节6的高七位为CRC值，最低位恒定为1。
SD卡的命令总共有12类，分为Class0~Class11，本章，我们仅介绍几个比较重要的命令，如表45.1.5所示：命令参数回应描述CMD0(0X00)NONE R1 复位SD卡CMD8(0X08) VHS+Check patternR7 发送接口状态命令CMD9(0X09)NONE R1 读取卡特定数据寄存器CMD10(0X0A)NONE R1 读取卡标志数据寄存器CMD16(0X10)块大小R1 设置块大小（字节数）CMD17(0X11)地址R1 读取一个块的数据CMD24(0X18)地址R1 写入一个块的数据CMD41(0X29) NONE R3发送给主机容量支持信息和激活卡初始化过程CMD55(0X37)NONE R1 告诉SD卡，下一个是特定应用命令CMD58(0X3A)NONE R3 读取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时候用的。
表中的R1、R3和R7等是SD卡的回应，SD卡和单片机的通信采用发送应答机制，如图45.1.2所示：图45.1.2 SD卡命令传输过程每发送一个命令，SD卡都会给出一个应答，以告知主机该命令的执行情况，或者返回主机需要获取的数据。
SPI模式下，SD卡针对不同的命令，应答可以使R1~R7，R1的应答，各位描述如表45.1.6所示：R1响应格式位7 6 5 4 3 2 1含义开始位始终为0参数错误地址错误擦除序列错误CRC错误非法命令擦除复位表45.1.6 R1响应各位描述R2~R7的响应，我们就不介绍了，请的大家参考SD卡2.0协议。
接下来，我们看看SD卡初始化过程。
因为我们使用的是SPI模式，所以先得让SD卡进入SPI模式。
方法如下：在SD卡收到复位命令（CMD0）时，CS为有效电平（低电平）则SPI模式被启用。
不过在发送CMD0之前，要发送>74个时钟，这是因为SD卡内部有个供电电压上升时间，大概为64个CLK，剩下的10个CLK用于SD卡同步，之后才能开始CMD0的操作，在卡初始化的时候，CLK时钟最大不能超过400Khz！。
接着我们看看SD卡的初始化，SD卡的典型初始化过程如下：1、初始化与SD卡连接的硬件条件（MCU的SPI配置，IO口配置）；2、上电延时（>74个CLK）；3、复位卡（CMD0），进入IDLE状态；4、发送CMD8，检查是否支持2.0协议；5、根据不同协议检查SD卡（命令包括：CMD55、CMD41、CMD58和CMD1等）；6、取消片选，发多8个CLK，结束初始化这样我们就完成了对SD卡的初始化，注意末尾发送的8个CLK是提供SD卡额外的时钟，完成某些操作。
通过SD卡初始化，我们可以知道SD卡的类型（V1、V2、V2HC或者M MC），在完成了初始化之后，就可以开始读写数据了。
SD卡读取数据，这里通过CMD17来实现，具体过程如下：1、发送CMD17；2、接收卡响应R1；3、接收数据起始令牌0XFE；4、接收数据；5、接收2个字节的CRC，如果不使用CRC，这两个字节在读取后可以丢掉。
6、禁止片选之后，发多8个CLK；以上就是一个典型的读取SD卡数据过程，SD卡的写于读数据差不多，写数据通过CMD2 4来实现，具体过程如下：1、发送CMD24;2、接收卡响应R1；3、发送写数据起始令牌0XFE；4、发送数据；5、发送2字节的伪CRC；6、禁止片选之后，发多8个CLK；以上就是一个典型的写SD卡过程。
关于SD卡的介绍，我们就介绍到这里，更详细的介绍请参考光盘SD卡的参考资料（SD卡2.0协议）。
44.2 硬件设计本章实验功能简介：开机的时候先初始化SD卡，如果SD卡初始化完成，则提示LCD初始化成功。
按下KEY0，读取SD卡扇区0的数据，然后通过串口发送到电脑。
如果没初始化通过，则在LCD上提示初始化失败。
同样用DS0来指示程序正在运行。
本实验用到的硬件资源有：1）指示灯DS02） KEY0按键3）串口4） TFTLCD模块5） SD卡前面四部分，在之前的实例已经介绍过了，这里我们介绍一下战舰STM32开发板板载的S D卡接口和STM32的连接关系，如图44.2.1所示：图44.2.1 SD卡接口与STM32连接原理图我们用跳线帽将P10的SD_DT3、SD_CMD、SD_SCK、SD_DT0分别同P12的SD_CS、SPI2_MOSI、SPI2_SCK、SPI2_MISO连接起来，即实现SD卡的SPI模式连接。
硬件连接示意图如图44.2.2所示：图44.2.2 SD卡SPI方式硬件连接示意图将图中所示的4处，用跳线帽短接，接口实现SD卡与STM32的SPI连接。
最后，你还得自备一个SD卡，将其插入板子下面的SD卡接口。
44.3 软件设计打开上一章的工程，首先在HARDWARE文件夹下新建一个SD的文件夹。
然后新建一个MMC_SD.C和MMC_SD.H的文件保存在SD文件夹下，并将这个文件夹加入头文件包含路径。
打开MMC_SD.C文件，在该文件里面，我们输入与SD卡相关的操作代码，这里由于篇幅限制，我们不贴出所有代码，仅介绍两个最重要的函数，第一个是SD_Initialize函数，该函数源码如下：//初始化SD卡u8 SD_Initialize(void){u8 r1; // 存放SD卡的返回值u16 retry; // 用来进行超时计数u8 buf[4];u16 i;SD_SPI_Init(); //初始化IOSD_SPI_SpeedLow(); //设置到低速模式for(i=0;i<10;i++)SD_SPI_ReadWriteByte(0XFF);//发送最少74个脉冲retry=20;do{r1=SD_SendCmd(CMD0,0,0x95);//进入IDLE状态}while((r1!=0X01) && retry--);SD_Type=0;//默认无卡if(r1==0X01){if(SD_SendCmd(CMD8,0x1AA,0x87)==1)//SD V2.0{for(i=0;i<4;i++)buf=SD_SPI_ReadWriteByte(0XFF);//得到R7相应值if(buf[2]==0X01&&buf[3]==0XAA)//卡是否支持2.7~3.6V{retry=0XFFFE;do{SD_SendCmd(CMD55,0,0X01); //发送CMD55r1=SD_SendCmd(CMD41,0x40000000,0X01);//发送CMD41}while(r1&&retry--);if(retry&&SD_SendCmd(CMD58,0,0X01)==0)//鉴别SD2. 0卡版本开始{for(i=0;i<4;i++)buf=SD_SPI_ReadWriteByte(0XF F);//得到OCR值if(buf[0]&0x40)SD_Type=SD_TYPE_V2HC; //检查CCSelse SD_Type=SD_TYPE_V2;}}}else//SD V1.x/ MMC V3{SD_SendCmd(CMD55,0,0X01); //发送CMD55r1=SD_SendCmd(CMD41,0,0X01); //发送CMD41if(r1<=1){SD_Type=SD_TYPE_V1;retry=0XFFFE;do //等待退出IDLE模式{SD_SendCmd(CMD55,0,0X01); //发送CMD55r1=SD_SendCmd(CMD41,0,0X01);//发送CMD41}while(r1&&retry--);}else//MMC卡不支持CMD55+CMD41识别{SD_Type=SD_TYPE_MMC;//MMC V3retry=0XFFFE;do //等待退出IDLE模式{r1=SD_SendCmd(CMD1,0,0X01);//发送CMD1}while(r1&&retry--);}if(retry==0||SD_SendCmd(CMD16,512,0X01)!=0)SD_Type= SD_TYPE_ERR;//错误的卡}}SD_DisSelect();//取消片选SD_SPI_SpeedHigh();//高速if(SD_Type)return 0;else if(r1)return r1;return 0xaa;//其他错误}该函数先设置与SD相关的IO口及SPI初始化，然后发送CMD0，进入IDLE状态，并设置SD卡为SPI模式通信，然后判断SD卡类型，完成SD卡的初始化，注意该函数调用的SD_SPI_Init等函数，实际是对SPI2的相关函数进行了一层封装，方便移植。