SD卡资料编写

SD卡资料整理1、概述SD卡高度集成闪存，具备串行和随机存取能力。可以通过专用优化速度的串行接口访问，数据传输可靠。接口允许几个卡垛叠，通过他们的外部连接。接口完全符合最新的消费者标准，叫做SD卡系统标准，由SD卡系统规范定义。SD卡系统是一个新的大容量存储系统，基于半导体技术的变革。它的出现，提供了一个便宜的、结实的卡片式的存储媒介，为了消费多媒体应用。SD卡可以设计出便宜的播放器和驱动器而没有可移动的部分。一个低耗电和广供电电压的可以满足移动电话、电池应用比如音乐播放器、个人管理器、掌上电脑、电子书、电子百科全书、电子词典等等。使用非常有效的数据压缩比如MPEG，SD卡可以提供足够的容量来应付多媒体数据。安全数字存储卡（SecureDigitalMemoryCard，SDC）作为事实上的标准存储卡广泛应用于移动设备上。SDC曾作为高层兼容多媒体卡（MultiMediaCard，MMC）进行开发。SDC设备一般也兼容MMC。还存在一些功能相同但尺寸更小的版本，如RS-MMC、miniSD和microSD。MMC/SDC内置一个微控制器，在卡内部执行flash存储操作（擦写、读取、写入、错误控制和功耗平衡（Wearleveling））。数据以512字节为单位在存储卡与主机控制器之间传输，从高层看来，卡可以被看作是通用硬盘设备。当前定义的用于存储卡的文件系统为FAT12/16并使用FDISK分区规则。FAT32仅用于大容量卡（=4G）。SD卡允许在两种模式下工作，即SD模式和SPI模式，本系统采用SPI模式。本小节仅简要介绍SPI模式。2、引脚SD卡引脚如下图所示：SD卡外部引脚图micro-SD卡-本卡的物理尺寸见【1】。SPI模式下SD各管脚名称为.JPG注意：SPI模式时，这些信号需要在主机端用10~100K欧的电阻上拉【2a】p4，如下表的相应引脚说明【2a】p5。输入端是MOS管的G极，输出端很可能是OC输出或者输出电阻较大，需要增加上拉电阻以消除SD卡输入输出信号线上的不确定性与干扰。也可以采用缓冲门方式，如【3】（我们现在购买并使用的）的电路为：缓冲整形元件采用74VHC125，但该电路中的电阻绘制错误，应该是上拉电阻而不是串联电阻，如需要限流应该在每一个与外界连接的线上串联而不是只串联R4。另外的在网上下载的几种连接图如下。SD卡的几种连线图。上面的连接可能没有必要。5529实验板的连接如下。该电路图仅在片选端CS上增加上拉电阻，而此处并不存在电平不确定的问题，因而是没有必要的。很可能是MSP430的SPI口一旦设置，则在空闲时段SPI各口线仍保持确定的电平，故，不需要上拉电阻，另外，由于5529试验板的SD卡距离单片机很近，干扰很小，不需要采用74VHC125进行整形与缓冲。可以在现有板上逐步拆解进行试验，拆解至不能正常运行的程度为止。不过为了增加可靠性，还是增加一些上拉电阻好一些。SD卡卡座：3、寄存器内部结构如下图。SD卡内部图.JPGSD卡中的微控制器SDControler在与主机通讯的过程中，根据命令与寄存器中的参数决定如何操作。SD卡中的寄存器有【4】p7：在SPI模式下，只有OCR、CID、CSD3个寄存器可以访问【2b】p18。各寄存器的进一步解释如下【4】p10：1）、OCR寄存器32位的操作条件寄存器OCR(OperatingConditionsRegister)存储了VDD电压范围。下图的例子中，OCR的4～14位为0，15～23位全为1，表示SD卡的电压范围是2.7～3.6V。2）、CID寄存器CID(CardIdentification)寄存器长度为16个字节，是SD卡唯一的标识号，包括生产厂家、生产日期、产品序列号等，该号在卡生产厂家编程后无法修改。3）、CSD寄存器CSD(CardSpecificData)寄存器包含访问卡数据所需的配置信息。其部分字节的意义如下表【2】p39。见“搜索百度关键词sd卡csd寄存器。见网页：SD/MMC相关寄存器的介绍，lwj103862095的专栏-博客频道-CSDN”，对CSD内容定义的结构变量如下。相应的读取CSD程序见附录1。typedefstruct{uint8CSDStruct;//CSD结构uint8SysSpecVersion;//系统规范版本uint8Reserved1;//保留uint8TAAC;//读取时间1uint8NSAC;//数据在CLK周期内读取时间2uint8MaxBusClkFrec;//最大总线速度uint16CardComdClasses;//卡命令集合uint8RdBlockLen;//最大读取数据块长uint8PartBlockRead;//允许读的部分块uint8WrBlockMisalign;//非线写块uint8RdBlockMisalign;//非线读块uint8DSRImpl;//DSR条件uint8Reserved2;//保留uint32DeviceSize;//设备容量uint8MaxRdCurrentVDDMin;//最小读取电流@VDDminuint8MaxRdCurrentVDDMax;//最大读取电流@VDDmaxuint8MaxWrCurrentVDDMin;//最小写入电流@VDDminuint8MaxWrCurrentVDDMax;//最大写入电流@VDDmaxuint8DeviceSizeMul;//设备容量乘积因子uint8EraseGrSize;//擦出块大小uint8EraseGrMul;//擦出扇区大小uint8WrProtectGrSize;//写保护群大小uint8WrProtectGrEnable;//写保护群使能uint8ManDeflECC;//ManufacturerdefaultECCuint8WrSpeedFact;//写速度因子R2W_FACTORuint8MaxWrBlockLen;//最大写数据块长度uint8WriteBlockPaPartial;//允许写的部分uint8Reserved3;//保留uint8ContentProtectAppli;//Contentprotectionapplicationuint8FileFormatGrouop;//文件系统群uint8CopyFlag;//拷贝标志uint8PermWrProtect;//永久写保护uint8TempWrProtect;//暂时写保护uint8FileFormat;//文件系统uint8ECC;//ECCcodeuint8CSD_CRC;//CSDCRCuint8Reserved4;//始终为1}SD_CSD;CSD记录了SD卡的一些技术参数，这些参数在产品说明书中应该可以看到，大部分内容是相同的，应该是只能读取，不能改变，一般情况下无需关心。SD卡的寄存器与AD的寄存器不同，寄存器的作用较小，主要依靠命令进行不同的操作。4、SPI模式协议SD卡启动时处于SD模式。它将在CS信号有效（低电平）时接收到一个复位命令（CMD0），回应R1，表示进入SPI总线模式，否则，表示SD卡仍停留在SD模式。SPI总线模式下，默认的命令结构/协议CRC检查失效，由于电源开启时总是处于SD总线模式，CMD0后需要跟一个合法的CRC（即时CMD0使用SPI结构来发送）。一旦进入SPI总线模式，CRC失效。CMD0的完整值是：400000000095H。SD卡有设定好的复位顺序。在上电复位或软复位（DMD0）后，进入静止状态，只能接收4条合法的命令：CMD1、CMD41、CMD59、CMD58。Host必须连续发送CMD1，直到in-idle-state位置0，表示初始化完成，可以接收下一命令。SD卡依靠时钟进行工作。Host必须额外的8个时钟信号给卡完成操作，在此期间，忽略CS。Host可以在卡忙状态时关闭时钟信号。SD卡将去完成这个烧录操作，然而，Host必须提供一个时钟信号给SD卡来关闭“忙”信号。写入/檫除超时是因为超过了：1）设定时间的100倍，2）250mS。所有命令的长度均为6字节，首先发MSB，其格式为：当SPI模式遇到问题时，将用一个错误来回答（替代原来的数据块）。5、主要命令SPI下支持的命令类型如下标“+”所示【2】5.2.2。各命令的意义如下【2】5.2.2.1。如果一个命令不需要参数，则相应的为清0。详见【2b】p12、p13。在每个命令（除SEND_STATUS）之后，回应R1，其MSB为0，其余位置1则表示发生了相应的错误，如下图。写入单块数据操作时序图：写入多块数据操作时序图：详见【2b】p5、p6。上图所指的“数据应答”格式如下。数据令牌（标记）【2b】p17及【2】5.2.4是读写操作时，用于识别数据块的标记。对于单、多块的读取及单块的写入，数据标记为0xFEH。对于多块的写入，在每块前的数据标记为11111100B=0xFCH。当出现错误时，将用错误标记替代数据标记：6、复位与初始化及读写操作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【5】p6。这74个时钟，在SD卡上电后发送，用于使电状态稳定。CS为低电平时发送命令0，对卡进行复位。再发送若干个8位时钟，直到卡回应0x01H，即表示，卡在接收命令0成功时对CS信号进行了采样，若CS信号为低电平，使卡进入SPI模式并且回应R1进入空闲状态（R1=0x01）。随后CS拉高，再发送8个时钟，时序如下图。由于命令0必须作为原生命令发送，CRC字段必须包含有效值。卡一旦进入SPI模式，CRC功能就被关闭，不再进行CRC校验【6】p6及【7】p2（或p147）及【2】5.1.7。在空闲状态，卡只接收命令0、命令1、命令41、命令58（读OCR）和命令59。其它的命令被拒绝执行。此时，可以读OCR寄存器并查看卡的工作电压。若系统供电不在卡的正常供电范围，则卡不工作。注意，所有的卡工作电压范围为2.7～3.6V。当接收到命令1时，卡执行初始化过程。若要检测初始化过程是否结束，主机需持续发送命令1并查看回应直到初始化结束。当卡成功完成初始化，应答R1的空闲状态位将清零（R1由0x01变为0x00）。再拉高CS、发送8个空时钟。初始化过程将持续几百毫秒（卡容量越大，时间越长），故而需要考虑超时时间的设定。在空闲状态位被清零后，卡可以接收正常的读写命令【6】p7及【7】p3（或148）。CMD1命令的构成为0x01H|0x40H=0x41H，同理可求出其它命令【7】p3。从图中可知，CMD1为4100000000FF。单块的读操作时序图如下【7】p4。单块的写操作时序图如下【7】p5。上述图中的NCR、NAC、NWR表示SD卡的控制器完成操作的等待时间，其具体数据见【2b】5.1.9.2及【2】p106Table-1A-1，如下表。其中的TAAC、NSAC位于CSD寄存器参数表Table3-10【2】3.5.3或p39的第3、4条目，属于SD卡的交流参数，其部分值见【2】41Table3-12，通过这些参数可以计算等待时间范围如ThetotalreadaccesstimeNAC等。考虑CSD寄存器参数表Table3-10【2】3.5.3或p39的第24条目R2W_FACTOR可以计算读写时间范围，见【2】p106Table-1A-1实际计算需要读取CSD的值，比较麻烦，主要以编程运行调试为主。相应的编程详见【7】p7-end。7、读写命令C编程8、其它9、补充参考资料【1】micro-SD卡-本卡物理尺寸.DOC【2】（英文原文）SD卡的官方资料.pdf【2a】（中文翻译部分）SD卡中文翻译.doc【2b】（中文翻译部分）SD卡-SPI总线协议.pdf【3】【3】MicroSD卡适配器（文件夹）【4】SD卡详细资料