1 SD卡" title="SD卡">SD卡標(biāo)準(zhǔn)

　　SD卡標(biāo)準(zhǔn)是SD卡協(xié)會針對可移動存儲設(shè)備設(shè)計專利并授權(quán)的一種標(biāo)準(zhǔn),，主要用于制定卡的外形尺寸,、電氣接口" title="接口">接口和通信協(xié)議,。

　　1．1 SD卡引腳功能

　　SD卡的外形如圖1所示，引腳功能如表1所列,。SD卡的引腳具有雙重功能,，既可工作在SD模式，也可工作在SPI模式,。不同的模式下,，引腳的功能不同,。

　　SD模式多用于對SD卡讀寫速度要求較高的場合,，SPI模式則是以犧牲讀寫速度換取更好的硬件接口兼容性。由于SPI協(xié)議是目前廣泛流行的通信協(xié)議,，大多數(shù)高性能單片機都配備了SPI硬件接口,，硬件連接相對簡單，因此,，在對SD卡讀寫速度要求不高的情況下,，采用SPI模式無疑是一個不錯的選擇。

　　1．2 SPI模式

　　SPI模式是一種簡單的命令響應(yīng)協(xié)議,，主控制器發(fā)出命令后,，SD卡針對不S同的命令返回對應(yīng)的響應(yīng)。

　　SD卡的命令列表都是以CMD和ACMD開頭,，分別指通用命令和專用命令,，后面接命令的編號。例如,，CMD17就是一個通用命令,，用來讀單塊數(shù)據(jù)。

　　在SPI模式中,，命令都是以如下的6字節(jié)形式發(fā)送的：

　　每幀命令都以“01”開頭,，然后是6位命令號和4字節(jié)的參數(shù)（高位在前，低位在后）,，最后是7位CRC校驗和1位停止位“1”,。

　　SD卡的每條命令都會返回對應(yīng)的響應(yīng)類型。在SPI模式下,，共有3種響應(yīng)類型：R1,、R2和R3，分別占1,、2和3個字節(jié),。這里僅列出了R1響應(yīng)的格式，如表2所列,。當(dāng)出現(xiàn)表中所描述的狀態(tài)時,，相應(yīng)的位置1,。R2和R3的第1個字節(jié)格式與R1完全一樣，詳細內(nèi)容請參考SD卡標(biāo)準(zhǔn),。

　　2 硬件設(shè)計

　　本設(shè)計選用Freescale公司的32位低功耗微控制器MCF51QE128,，采用SPI模式實現(xiàn)與SD卡的接口。

　　由于MCF51QE128是一款低功耗的微控制器,，工作電壓的典型值為3．6 V,，與SD卡的工作電壓兼容，因而可以直接與SD卡連接,，無需電平轉(zhuǎn)換電路,。這里選用的是MCF51 QE128的第2個SPI口，硬件連接如圖2所示,。

　　3 軟件實現(xiàn)

　　軟件部分主要實現(xiàn)MCF51QE128的初始化,、底層SPI通信，以及SD卡的通用寫命令,、初始化和單塊數(shù)據(jù)的讀寫等功能,。

　　3．1 MCF51QE128的初始化

　　在與SD卡通信之前，首先需要配置MCF51QE128,，并初始化SPI端口,。代碼如下：

        3．2 底層SPI通信

　　底層的SPI通信是實現(xiàn)最終讀寫的關(guān)鍵。由于MCF51QE128自帶SPI硬件接口,，因此只需要讀寫SPI數(shù)據(jù)寄存器的值,。這里自定了byte、word和dword三種數(shù)據(jù)類型,，分別對應(yīng)于8位,、16位和32位數(shù)據(jù)。代碼如下：

　　3．3 SD卡的通用寫命令

　　由于SD卡的命令具有統(tǒng)一的格式,，因此可以用一個通用的寫命令函數(shù)來實現(xiàn)所有命令的發(fā)送,。另外，考慮到多數(shù)命令的響應(yīng)類型都是R1,，這里的通用寫命令函數(shù)所接收的響應(yīng)類型默認為R1,。函數(shù)代碼如下：

　　3．4 SD卡的初始化

　　SD卡的初始化要遵循一定的步驟。首先將SPI時鐘降低到400 kHz,，等待至少74個時鐘周期,。接著拉低片選信號，并發(fā)送CMD0命令,，對SD卡進行復(fù)位并使其進入SPI模式,，這里需要正確的CRC校驗，校驗字節(jié)為0x95,。若SD卡進入空閑狀態(tài)（即接收響應(yīng)為0x01時）,，則發(fā)送CMD1命令,，激活卡的初始化過程，此時響應(yīng)為0x00,。然后設(shè)置塊的長度,，一般為512字節(jié)。最后將片選拉高并將SPI時鐘設(shè)為最大值,，以保證最大的讀寫速度,。SD卡初始化過程如圖3所示。

　　SD卡初始化代碼如下：

        3．5 SD卡單塊數(shù)據(jù)讀寫

　　SPI模式支持單塊和多塊數(shù)據(jù)的讀寫操作,，可通過發(fā)送相應(yīng)的命令來實現(xiàn),。讀單塊數(shù)據(jù)的操作過程如圖4所示。拉低片選后,，首先由主控制器MCF51QE128發(fā)送讀單塊數(shù)據(jù)命令CMD17,，然后等待SD卡的響應(yīng)。當(dāng)收到數(shù)據(jù)塊開始標(biāo)志0xfe后,，開始從SD卡讀取512字節(jié)的數(shù)據(jù)，最后讀取2字節(jié)的CRC校驗位,。

　　讀單塊數(shù)據(jù)的函數(shù)代碼如下：

　　寫單塊數(shù)據(jù)的操作過程與讀操作類似,，如圖5所示。拉低片選后同樣由主控制器MCF51QE128發(fā)送寫單塊數(shù)據(jù)命令CMD24,，SD卡正確響應(yīng)后發(fā)送數(shù)據(jù)塊開始標(biāo)志0xfe,，接著發(fā)送512字節(jié)數(shù)據(jù)塊和2字節(jié)CRC校驗。

　　寫入數(shù)據(jù)后,，SD卡會發(fā)送1字節(jié)的數(shù)據(jù)響應(yīng)來反饋數(shù)據(jù)寫入的情況,，其格式如圖6所示。當(dāng)數(shù)據(jù)正確寫入SD卡后,，數(shù)據(jù)響應(yīng)為0x05,。最后讀數(shù)據(jù)總線，寫數(shù)據(jù)忙時等待,，直到總線為高電平,。

　　寫單塊數(shù)據(jù)的函數(shù)代碼如下：

　　結(jié) 語

　　SD卡是目前廣泛應(yīng)用的可擦除的大容量存儲設(shè)備，其接口設(shè)計可作為各類嵌入式系統(tǒng)中存儲單元的一般解決方案,。本文結(jié)合SD卡標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)技術(shù),，基于MCF51QE128微控制器完成了硬件接口和底層通信軟件的設(shè)計。在此基礎(chǔ)上,，可進一步構(gòu)建文件系統(tǒng),，實現(xiàn)對存儲數(shù)據(jù)更有效的管理。