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sd卡tf卡进入spi模式

分类: 文章 • 2024-01-08 10:57:40

现在我们手机的内存卡多为Micro SD卡，又叫TF卡，所以Micro SD卡比SD卡常见。自己曾经也想写写SD卡的读取程序，但又不想特地再去买个SD卡，这时想起手机内存卡不是和SD卡很像吗？在网上查了以后发现SD卡和Micro SD卡其实也就大小和引脚不一样，它们的操作其实是一样的，所以网上的SD卡读写代码其实可以直接拿来用。关于SD卡和Micro SD卡的引脚定义和不同可见下两表：

sd卡tf卡进入spi模式

sd卡tf卡进入spi模式

注：1.  S：电源；I：输入；O：推挽输出；PP：推挽I/O。
       2.  扩展的DAT线（DAT1 ~ DAT3）在上电后处于输入状态。它们在执行SET_BUS_WIDTH命令后作为DAT线操作。当不使用DAT1 ~ DAT3 线时，主机应使自己的DAT1~DAT3线处于输入模式。这样定义是为了与MMC卡保持兼容。
      3.  上电后，这条线为带 50KΩ上拉电阻的输入线（可以用于检测卡是否存在或选择 SPI 模式） 。用户可以在正常的数据传输中用 SET_CLR_CARD_DETECT（ACMD42）命令断开上拉电阻的连接。MMC卡的该引脚在SD模式下为保留引脚，在SD模式下无任何作用。
4.  MMC卡在SD模式下为：I/O/PP/OD。
5.  MMC卡在SPI模式下为：I/PP。

    我们可以发现Micro SD卡只有8个引脚是因为比SD卡少了一个Vss。当然你也可以买个卡套套在Micro SD卡上，这样一来大小就和SD卡一样大，这时候卡套上的9个引脚就和SD卡一样了，你可以完全当做SD卡来操作。

    spi下电路的连接非常简单，接上电源线Vdd和地线Vss，再接上spi的CS，SCLK，DI（MOSI）和DO（MISO）就可以了，其他引脚可以放空。注意SD卡的电源和操作电压都为2.7-3.6V，5V的单片机要进行电平转换或串电阻限流。还有记得SD卡的CS，SCLKh和DI要用10~100K的电阻上拉。我是套了卡套接的电路，因为Micro SD卡的引脚太密了，不好焊接，SD卡相对引脚好焊。因为没有卡座，而且也没专门的PCB我就直接焊到卡套上，诶牺牲了一个卡套。下面是我自己画的电路图：

sd卡tf卡进入spi模式

   

以NXP的LPC2210 ARM7MCU为例，下图是周立功开发的实现板电路
这里，将LPC2210MCU的SPI0用于SD卡的控制和数据读写。对SPI0的两个数据线加了上拉电阻以便于MMC卡兼容。
卡供电采用了可控方式，通过GPIO口控制MOS管对其进行供电。
卡检测电路也使用GPIO口实现。通过读GPIO口数据，检查卡是否写保护和完全插入。
具体内容可以参考周立功的说明书，百度文库里边有
sd卡tf卡进入spi模式

下面我们讲讲Micro SD卡的软件驱动和指令集。

SD卡的命令格式如下，6字节共48位，传输时最高位(MSB)先传输：

sd卡tf卡进入spi模式

    SD卡的command（命令）占6 bit，一般叫CMDx或ACMDx，比如CMD1就是1，CMD13就是13，ACMD41就是41，依此类推。Command Argument（命令参数）占4 byte，并不是所有命令都有参数，没有参数的话该位一般就用置0。最后一个字节由7 bit CRC校验位和1 bit停止位组成。在SPI模式下，CRC是被忽略的，可以都置1或置0.但是发送CMD0时要记得加上CRC，即最后1字节为0x95（因为发送CMD0时还未进入SPI模式，PS：CMD8也要，但一般大家都把发送CMD8省略了）。

    每次发送完一次命令后，SD卡都会有回应。SD卡的回应有多种格式，1字节的R1，2字节的R2等，不过一般在SPI模式中我们只用到R1，下面介绍R1的格式：

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    关于SD卡SPI和command的发送要注意以下几点：
    1.SD卡的SPI总线，在读入数据时SD卡的SPI是CLK的上升沿输入锁存，输出数据也是在上升沿。
    2.向SD卡写入一个CMD或者ACMD指令的过程是这样的： 首先使CS为低电平，SD卡使能；其次在SD卡的Din写入指令；写入指令后还要附加8个填充时钟，是SD卡完成内部操作；之后在SD卡的Dout上接受回应；回应接受完毕使CS为低电平，再附加8个填充时钟。

    3.在SD卡的Din没有数据写入时，应使Din保持高电平。关于这一点我可吃透了苦头，本来也记得要保持高电平的，结果不知怎的鬼使神差的置0拉低了。结果程序出现了各种奇怪的貌似偶然的错误，比如连续两次复位会有一次失败，单步调试成功全速运行又会失败。总之在这个过程中我对时序进行各种改变，每次解决一个问题后又会有新的问题出现，多少次动摇了我对MicroSD卡和SD卡的操作是一样的这个看法。因为这个低级的错误耽误了我三四天，看来细心很重要啊！我已经不止一次因为不细心浪费大量时间了，希望大家也引以为戒。


好了，现在SD卡的命令和回应清楚了，我们下面讲讲SD卡的复位，初始化和读写方法。

1、SD卡的SPI工作模式

SD 卡在上电初期自动进入SD 总线模式，在此模式下向 SD 卡发送复位命令CMD0 。如果SD卡在接收复位命令过程中CS低电平有效，则进入SPI模式，否则工作在SD 总线模式。

sd卡tf卡进入spi模式

在复位成功之后可以通过CMD55和ACMD41 判断当前电压是否在工作范围内 主机还可以继续通过CMD10读取SD 卡的CID寄存器，通过CMD16 设置数据 Block长度，通过CMD9 读取卡的 CSD寄存器 从CSD 寄存器中，主机可获知卡容量，支持的命令集等重要参数。

2、初始化

（1）使用CMD1

    发送CMD1，收到0x00表示成功

    时序图如下：

sd卡tf卡进入spi模式

    （2）使用CMD55+ACMD41

    1.发送CMD55（表示使用ACMDx类命令），收到0x01

    2.发送ACMD41，收到0x00表示成功

    记住SD卡的初始化速度不能大于400kHz，所以一开始复位和初始化时spi的速率要设置低一点。


3、数据块的读写

完成SD 卡的初始化之后即可进行它的读写操作 SD卡的读写操作都是通过发送 SD 卡命令完成的SPI总线模式支持单块（CMD24）和多块（CMD25）写操作，多块操作是指从指定位置开始写下去，直到SD 卡收到一个停止命令CMD12才停止 单块写操作的数据块长度只能是512 字节 单块写入时，命令为CMD24，当应答为0时说明可以写入数据，大小为512 字节 SD 卡对每个发送给自己的数据块都通过一个应答命令确认，它为1个字节长，当低 5位为00101 时，表明数据块被正确写入SD 卡  
  在需要读取SD 卡中数据的时候，读SD卡的命令字为CMD17，接收正确的第一个响应命令字节为0xFE，随后是512 个字节的用户数据块，最后为2 个字节的CRC验证码    可见，读写SD 卡的操作都是在初始化后基于 SD 卡命令和响应完成操作的，写、读 SD 卡的程序流程图如下所示  ：
（1）写SD卡流程
sd卡tf卡进入spi模式
（2）读SD卡流程
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4、读单块和读多块


    SD卡读单块和多块的命令分别为CMD17和CMD18，他们的参数即要读的区域的开始地址。因为考虑到一般SD卡的读写要求地址对齐，所以一般我们都将地址转为块，并以扇区（块）（512Byte）为单位进行读写，比如读扇区0参数就为0，读扇区1参数就为1<<9(即地址512），读扇区2参数就为2<<9(即地址1024），依此类推。


    读单块方法：

    1.发送CMD17，收到0x00表示成功

    2.连续读直到读到开始字节0xFE

    3.读512个字节

    4.读两个CRC字节

    读单块时序图：

sd卡tf卡进入spi模式

    读多块方法：

    1.发送CMD18读，收到0x00表示成功

    2.连续读直到读到开始字节0xFE

    3.读512字节

    4.读两个CRC字节

    5.如果还想读下一扇区，重复2-4

    6.发送CMD12来停止读多块操作


5、写单块和多块：

    SD卡用CMD24和CMD25来写单块和多块，参数的定义和读操作是一样的。

    写单块方法：

    1.发送CMD24，收到0x00表示成功

    2.发送若干时钟

    3.发送写单块开始字节0xFE

    4.发送512个字节数据

    5.发送2字节CRC（可以均为0xff）

    6.连续读直到读到XXX00101表示数据写入成功

    7.继续读进行忙检测（读到0x00表示SD卡正忙），当读到0xff表示写操作完成

    写单块时序图：

sd卡tf卡进入spi模式

写多块方法：

    1.发送CMD25，收到0x00表示成功

    2.发送若干时钟

    3.发送写多块开始字节0xFC

    4.发送512字节数据

    5.发送两个CRC（可以均为0xff）

    6.连续读直到读到XXX00101表示数据写入成功

    7.继续读进行忙检测，直到读到0xFF表示写操作完成

    8.如果想读下一扇区重复2-7步骤

    9.发送写多块停止字节0xFD来停止写操作

    10.进行忙检测直到读到0xFF



  1. /* 命令响应定义 define command's response */
  2. #define R1 1
  3. #define R1B 2
  4. #define R2 3
  5. #define R3 4

  7. /**********************************************

  9.      SD卡SPI模式下命令集

  11. **********************************************/

  13. /******************************** 基本命令集 Basic command set **************************/
  14. /* 复位SD 卡 Reset cards to idle state */
  15. #define CMD0 0
  16. #define CMD0_R R1

  18. /* 读OCR寄存器 Read the OCR (MMC mode, do not use for SD cards) */
  19. #define CMD1 1
  20. #define CMD1_R R1

  22. /* 读CSD寄存器 Card sends the CSD */
  23. #define CMD9 9
  24. #define CMD9_R R1

  26. /* 读CID寄存器 Card sends CID */
  27. #define CMD10 10
  28. #define CMD10_R R1

  30. /* 停止读多块时的数据传输 Stop a multiple block (stream) read/write operation */
  31. #define CMD12 12
  32. #define CMD12_R R1B

  34. /* 读 Card_Status 寄存器 Get the addressed card's status register */
  35. #define CMD13 13
  36. #define CMD13_R R2

  38. /***************************** 块读命令集 Block read commands **************************/

  40. /* 设置块的长度 Set the block length */
  41. #define CMD16 16
  42. #define CMD16_R R1

  44. /* 读单块 Read a single block */
  45. #define CMD17 17
  46. #define CMD17_R R1

  48. /* 读多块,直至主机发送CMD12为止 Read multiple blocks until a CMD12 */
  49. #define CMD18 18
  50. #define CMD18_R R1

  52. /***************************** 块写命令集 Block write commands *************************/
  53. /* 写单块 Write a block of the size selected with CMD16 */
  54. #define CMD24 24
  55. #define CMD24_R R1

  57. /* 写多块 Multiple block write until a CMD12 */
  58. #define CMD25 25
  59. #define CMD25_R R1

  61. /* 写CSD寄存器 Program the programmable bits of the CSD */
  62. #define CMD27 27
  63. #define CMD27_R R1

  65. /***************************** 写保护 Write protection *****************************/
  66. /* Set the write protection bit of the addressed group */
  67. #define CMD28 28
  68. #define CMD28_R R1B

  70. /* Clear the write protection bit of the addressed group */
  71. #define CMD29 29
  72. #define CMD29_R R1B

  74. /* Ask the card for the status of the write protection bits */
  75. #define CMD30 30
  76. #define CMD30_R R1

  78. /***************************** 擦除命令 Erase commands *******************************/
  79. /* 设置擦除块的起始地址(只用于SD卡) Set the address of the first write block to be erased(only for SD) */
  80. #define CMD32 32
  81. #define CMD32_R R1

  83. /* 设置擦除块的终止地址(只用于SD卡) Set the address of the last write block to be erased(only for SD) */
  84. #define CMD33 33
  85. #define CMD33_R R1

  87. /* 设置擦除块的起始地址(只用于MMC卡) Set the address of the first write block to be erased(only for MMC) */
  88. #define CMD35 35
  89. #define CMD35_R R1

  91. /* 设置擦除块的终止地址(只用于MMC卡) Set the address of the last write block to be erased(only for MMC) */
  92. #define CMD36 36
  93. #define CMD36_R R1

  95. /* 擦除所选择的块 Erase the selected write blocks */
  96. #define CMD38 38
  97. #define CMD38_R R1B

  99. /***************************** 锁卡命令 Lock Card commands ***************************/
  100. /* 设置/复位密码或上锁/解锁卡 Set/reset the password or lock/unlock the card */
  101. #define CMD42 42
  102. #define CMD42_R        R1B
  103. /* Commands from 42 to 54, not defined here */

  105. /***************************** 应用命令 Application-specific commands ****************/
  106. /* 禁止下一个命令为应用命令  Flag that the next command is application-specific */
  107. #define CMD55 55
  108. #define CMD55_R R1

  110. /* 应用命令的通用I/O  General purpose I/O for application-specific commands */
  111. #define CMD56 56
  112. #define CMD56_R R1

  114. /* 读OCR寄存器  Read the OCR (SPI mode only) */
  115. #define CMD58 58
  116. #define CMD58_R R3

  118. /* 使能或禁止 CRC Turn CRC on or off */
  119. #define CMD59 59
  120. #define CMD59_R R1

  122. /***************************** 应用命令 Application-specific commands ***************/
  123. /* 获取 SD Status寄存器 Get the SD card's status */
  124. #define ACMD13 13
  125. #define ACMD13_R R2

  127. /* 得到已写入卡中的块的个数 Get the number of written write blocks (Minus errors ) */
  128. #define ACMD22 22
  129. #define ACMD22_R R1

  131. /* 在写之前,设置预先擦除的块的个数 Set the number of write blocks to be pre-erased before writing */
  132. #define ACMD23 23
  133. #define ACMD23_R R1

  135. /* 读取OCR寄存器 Get the card's OCR (SD mode) */
  136. #define ACMD41 41
  137. #define ACMD41_R R1

  139. /* 连接/断开CD/DATA[3]引脚上的上拉电阻 Connect or disconnect the 50kOhm internal pull-up on CD/DAT[3] */
  140. #define ACMD42 42
  141. #define ACMD42_R R1

  143. /* 读取SCR寄存器 Get the SD configuration register */
  144. #define ACMD51 51
  145. #define ACMD51_R R1

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