图 1 SD 卡引脚排序图表 1 引脚 SD 总线模式 SPI 模式 CD/DAT3 CMD Vss Vcc CLK Vss DAT0 DAT1 DAT2 CS MOSI Vss Vcc CLK Vss MISO NC NC 2. SPI 模式介绍 SD 卡进在

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溥匡
5 years ago
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1 SD 卡实验许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 卡等它们各有优点, 综合比较, 最适合单片机系统的莫过于 SD 卡了, 他不仅容量可以做到很大 (32GB 以上 ), 而且支持 SPI 接口, 方便移动, 并且有几种尺寸可供选择 ( 标准的 SD 卡尺寸以及 FT 卡尺寸等 ) 能满足不同应用的要求只需 4 个 I/O 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, 编程也不复杂, 是单片机大容量外部存储器的首选飞思卡尔 Kinetis L 系列单片机集成 SPI 模块, 能方便的与外围 device 建立通信, 而本篇文档则将介绍如何实现 KL26 读取 SD 卡操作 1. SD 卡简介 SD 卡中文翻译为安全数码卡, 是一种基于半导体快闪记忆器的记忆设备, 广泛用于便携式装置, 例如数码相机 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标准 SD 卡的物理引脚有 9 个 ( 如图 1 所示 ),Mini SD 卡则在此基础上增加了两个不用连接的引脚 ;Micro SD 卡在标准 SD 卡的基础上合并了两个 Vss( 地 ) 引脚所有的 SD 卡都支持 2 种操作模式 : SD 总线模式 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 卡通信表 1 列出了不同模式下, 所需要具体的引脚 SD 卡的引脚排序图 :

2 图 1 SD 卡引脚排序图表 1 引脚 SD 总线模式 SPI 模式 CD/DAT3 CMD Vss Vcc CLK Vss DAT0 DAT1 DAT2 CS MOSI Vss Vcc CLK Vss MISO NC NC 2. SPI 模式介绍 SD 卡进在收到复位命令 (CMD0) 时, 若 CS 为有效电平 ( 低电平 ), 则 SD 进入到 SPI 模式下注意 : 在 MCU 发送复位命令 (CMD0) 之前, 要发送 >74 个 CLK, 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, 之后才能发送复位命令 (CMD0), 在卡初始化的时候,CLK 时钟频率不得超过 400kHz SPI 标准只定义了物理链接, 而不是完全的数据传送协议 SPI 模式下, 使用的命令与 SD 总线模式的是一致的从应用的角度,SPI 模式的优

3 势在于可以使用标准主机, 并将外设需求减少到最低, 而 SPI 模式相对于 SD 模式的不足之处是丧失了速度性能下图为 SPI 模式总线拓扑结构图图 2 SPI 模式总线拓扑结构图在 SPI 模式中, 通过 CS 控制来实现 SD 总线模式中的 SD 卡识别和赋址操作, 但 SPI 模式不支持广播指令选择具体的 SD 卡, 首先, 需要通过 CS 控制来选择此卡, 紧接着才能发送命令或者数据, 注意在 SPI 模式工作过程中,CS 需要保持在低电平情况 3. SPI 模式读写 SD 卡通信数据块由指令和数据位 ( 起始位和结束位 ) 组成, 而 SPI 通信数据块是以字节为基础每一个指令或数据块由 8 位的字节和 CS 标志构成类似 SD 卡总线模式,SPI 模式中的 SD 卡通信数据也由指令响应和数据组成全部的主机与 SD 卡之间的通信由主机控制主机将 CS 置低电平, 即开始执行数据通信 SPI 模式与 SD 卡总线模式的响应特性比较, 有以下三方面不同被选择的卡始终对指令作出反应

4 新的 (8 &16bit) 响应数据结构在 SD 卡遇到数据检索问题时, 它会作出错误反应, 而不是像在 SD 模式中一样执行一次空操作除命令响应外, 在写操作期间, 每一个数据块发送给 SD 卡都会有专门的数据响应 3.1 读数据 SPI 模式支持单块和多个块读操作读操作 : 当 SD 接收到有效的读命令, 主机读取了先前通过 CMD16(SET_BLOCKEN) 定义的块长度后,SD 会发送响应多个块读操作, 需要通过 STOP_TRANSMISSION 指令来结束读操作, 这点与 SD 卡总线模式类似 SD 卡读数据操作如下图所示图 3 SD 卡读数据操作一个合法的数据块由标准 CCITT 多项式 ( ) 产生 16 位 CRC ( 循环冗余码校验 ) 标记而在检索错误发生的情况下,SD 卡片不会传送任何数据此时, 一个数据错误响应标志将被送到主机, 如下图所示图 4 SD 卡读数据操作 - 数据出错

3.2 写数据在 SPI 模式下,SD 卡支持整块和多个块写指令写操作 : 当 SD 接收到有效的写命令,SD 卡接受完来自主机发送过来的数据块后, 会向主机发送响应, 如果接收到的数据无错误的话,SD 卡就会将接收的数据烧录到存储介质中而在写数据操作过程中的 CRC 标记, 块长度等都是与读数据操作过程一致 SD 卡写数据操作如下图所示图 5 SD 卡写数据操作 4.

5 3.2 写数据在 SPI 模式下,SD 卡支持整块和多个块写指令写操作 : 当 SD 接收到有效的写命令,SD 卡接受完来自主机发送过来的数据块后, 会向主机发送响应, 如果接收到的数据无错误的话,SD 卡就会将接收的数据烧录到存储介质中而在写数据操作过程中的 CRC 标记, 块长度等都是与读数据操作过程一致 SD 卡写数据操作如下图所示图 5 SD 卡写数据操作 4. SPI 模式下 SD 卡操作指令 SPI 模式下的重要操作指令如表 2 所列, 而完整的 SD 卡操作指令会在文末末尾补充,R1 的回应格式如表 3 所列表 2 SPI 模式下 SD 卡部分操作指令命令参数回应描述 CMD0(0x00) NONE R1 复位 SD 卡 CMD9(0x00) NONE R1 读取卡特定数据寄存器 CMD10(0x00) NONE R1 读取卡标志数据寄存器 CMD16(0x00) 块大小 R1 设置块大小 ( 字节数 ) CMD17(0x00) 地址 R1 读取一个块的数据 CMD24(0x00) 地址 R1 写入一个块的数据

6 CMD41(0x00) NONE R1 引用命令的前命令 CMD55(0x00) NONE R1 开始卡的初始化 CMD59(0x00) 仅最后一位有效 R1 设置 CRC 开启 (1) 或关闭 (0) 表 3 SD 卡 R1 回应格式 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 0 参数错误地址错误连续擦除错误命令 CRC 错误非法错误擦除复位 IDLE 状态 5. SD 卡初始化读写操作流程 5.1 SD 卡初始化流程在 SPI 模式下, 主控制器初始化 SD 的基本流程如下 : 1) 初始化与 SD 卡连接的硬件条件 (MCU 的 SPI 配置,I/O 口配置, 建议在 SPI 模式下,CS/MOSI/MISO/CLK 添加 10~100kΩ 的上拉电阻 ); 2) 上电延时 (>74 个 CLK); 3) 复位卡 (CMD0); 4) 激活卡, 内部初始化并获取卡类型 (CMD1( 用于 MMC 卡 ) CMD55 CMD41); 5) 查询 OCR, 获取供电状况 (CMD58); 6) 是否使用 CRC(CMD59); 7) 设置读 / 写块数据长度 (CMD16); 8) 读取 CSD, 获取存储卡的其他信息 (CMD9); 9) 发送 8CLK 后, 禁止片选 ; 通过以上步骤即完成了对 SD 卡初始化, 还有, 一般设置读 / 写块长度为 512 字节, 并禁止使用 CRC 5.2 SD 卡读操作流程 SD 卡读取数据通过 CMD17 来实现, 具体过程如下 :

7 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 字节的 CRC, 如果没有开启 CRC, 这 2 字节在读取后可以丢掉 ; 6) 8CLK 之后禁止片选 ; 5.3 SD 卡写操作流程 SD 卡的写操作与读数据流程类似, 写数据是通过 CMD24 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) 8CLK 之后禁止片选 ; 6. 硬件设计 FRDM-KL26Z 开发板上没有设 SD 卡槽, 所以本例程采取飞思卡尔合作伙伴优龙提供的 YL-KL26Z 开发板, 下图为 SD 卡与 KL26 的连接原理图

8 图 6 SD 卡与 KL26Z 连接电路图 7. 软件设计在软件设计方面, 小编用了一个取巧的方法, 将以前在学校里玩过的 ALTIENTEK MiniSTM32 开发板中的 SD 卡例程作为参考, 并以此为蓝本, 进行小部分的硬件操作修改, 即可完成从 STM32 代码到 KL26Z 的完美转身哦 7.1 下载 FRDM-KL26Z 开发板例程包打开浏览器, 输入找到 FRDM-KL26Z 开发板界面 ( 如图 7 所示 ), 然后选择下载, 找到 FRDM-KL26Z 例程包, 点击下载 ( 如图 8 所示 )

$2 创建 SD 卡工程例程下载完成后并解压, 在 ~\ FRDM-KL26Z_SC\FRDM- KL26Z_SC_Rev_1.$ $0\klxx-sc-baremetal\build\iar 路径下, 单击 kl26_make_new_project.$

9 图 7 FRDM-KL26Z 开发板界面图 8 下载 FRDM-KL26Z 例程包 7.2 创建 SD 卡工程例程下载完成后并解压, 在 ~\ FRDM-KL26Z_SC\FRDM- KL26Z_SC_Rev_1.0\klxx-sc-baremetal\build\iar 路径下, 单击 kl26_make_new_project.exe 创建 SD 卡工程 ( 如图 9 所示 ), 输入 KL26_SD 并回车, 即可复制 hello_world 工程, 免去了从零开始创建工程的各项步骤, 如图 10 所示

10 图 9 单击 kl26_make_new_project.exe 图 10 创建 KL26_SD 例程 7.3 代码移植完成 KL26_SD 例程创建后, 接下来着手将 ALTIENTEK MiniSTM32 开发板例程中的 SD 硬件操作函数移植 KL26_SD, 具体的操作步骤就不细讲了, 其实都是细枝末节的东西, 但是有时细节就是魔鬼啊, 折腾起来很要人命的, 总结起来就是要注意以下几个方面 : 1) 硬件操作要修正由于原函数是针对 STM32 的, 所以里面针对 SPI 寄存器的操作代码, 肯定是不可用的, 需换成适用于 KL26Z 的

11 2) 用于定义数据类型的关键字名称不一致不同代码编辑者由于习惯或者要求也好, 会取不尽相同关键字来用于类型声明, 这在移植代码中, 也是需要考虑一个重要方面 3) 在一个例程中添加额外的代码文件, 还需要考虑的就是修改工程的路径信息, 从而让工程能够顺利编译通过 7.4 工程调试经过代码移植后, 还需要对原来的 main.c 修改进行修改, 新的主函数代码, 如图 11 所示优龙 YL-KL26Z 开发板硬件连接完成后, 烧录 KL26_SD 工程, 将 8GB micro SD 卡插入到卡槽 ( 如图 12 所示 ), 可以在串口猎人中看到 MBR 扇区数据, 如图 13 所示图 11 主函数

12 图 12 YL-KL26Z 开发板与 micro SD 卡图 13 MBR 扇区数据

13 8. SD 卡命令集合 (SPI 模式 ) 表 3 SD 卡命令集合 (SPI 模式 )

手册 doc

手册 doc 1. 2. 3. 3.1 3.2 3.3 SD 3.4 3.5 SD 3.6 3.7 4. 4.1 4.2 4.3 SD 4.4 5. 5.1 5.2 5.3 SD 6. 1. 1~3 ( ) 320x240~704x288 66 (2G SD 320x2401FPS ) 32M~2G SD SD SD SD 24V DC 3W( ) -10~70 10~90% 154x44x144mm 2. DVR106

图 1 SD 卡引脚排序图 表 1 引脚 SD 总线模式 SPI 模式 CD/DAT3 CMD Vss Vcc CLK Vss DAT0 DAT1 DAT2 CS MOSI Vss Vcc CLK Vss MISO NC NC 2. SPI 模式介绍 SD 卡进在

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