1.SD卡介绍

1.1 SD卡简介

很多单片机系统都需要大容量存储设备，以存储数据（常用的有U盘、FLASH芯片、SD卡等），比较而言SD卡是单片机大容量外部存储的首选，只需要少数几个IO口即可外扩一个容量从几十M到几十G的，且有多种体积尺寸可选（标准SD卡、TF卡等）的外部存储器。

SD卡（Secure Digital Memory Card）即：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。
# n0 L( X. E5 {: ^

; ]; g& V1 V6 i; t. e* s

SD卡按容量分类，可以分为3类：SD卡、SDHC卡、SDXC卡，如下表所示：

1.2 SD卡的物理结构及内部框图

SD卡的物理结构一般包括以下5个部分：

• 存储单元：是存储数据部件；
• 存储单元接口：存储单元通过存储单元接口与卡控制单元进行数据传输；
• 电源检测单元：保证SD卡工作在合适的电压下，如出现掉电或上状态时，它会使控制单元和存储单元接口复位；
• 卡及接口控制单元：控制SD卡的运行状态，它包括有8个寄存器；
  
  
• 接口驱动器：控制SD卡引脚的输入输出。
  
  , t/ B3 ]9 o0 \/ e( H% r
  

SDIO由SDIO适配器和APB2接口两部分组成：
" N% T; w  W$ j* ~

名称	功能
SDIO适配器	提供特定于MMC/SD/SD I/O卡的所有功能，如时钟生成单元、命令和数据传输
APB2接口	访问SDIO适配器寄存器，并且生成中断和DMA请求信号

下图是SDIO功能框图及SDIO适配器框图：

. \% G. J- s& b3 S, h4 P

1.3 SD卡命令

SD卡命令由主机发出，命令格式固定为48位，通过CMD线连续传输，数据线不参与。SD命令结构如下图示：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CMD16）；字节2 ~ 5为命令参数（有的命令没有参数）；字节6的高7位为CRC、最低位恒定为1

SD命令组成的详细说明如下：

• 起始位和终止位：命令的主体包含在起始位与终止位之间，它们都只包含一个数据位，起始位为 0，终止位为 1。
• 传输标志：用于区分传输方向，该位为 1 时表示命令，方向为主机传输到 SD 卡，该位为 0时表示响应，方向为 SD卡传输到主机。
• 命令主体内容包括命令、地址信息/参数和 CRC 校验三个部分
• 命令号：它固定占用 6bit，所以总共有 64个命令(代号：CMD0~CMD63)，每个命令都有特定的用途，部分命令不适用于 SD 卡操作，只是专门用于 MMC卡或者SD I/O卡。
• 地址/参数：每个命令有 32bit地址信息/参数用于命令附加内容，例如，广播命令没有地址信息，这 32bit用于指定参数，而寻址命令这 32bit用于指定目标 SD卡的地址。
  
    A8 P: n8 M- E( R/ M( ^  C
• CRC7 校验：长度为 7bit的校验位用于验证命令传输内容正确性，如果发生外部干扰导致传输数据个别位状态改变将导致校准失败，也意味着命令传输失败，SD卡不执行命令。
  
  " }8 @- V- f& l6 C* e3 B
  & M! g$ N# O/ O2 n8 `

& J( O7 D- c8 a6 n. Y

1.4 SD卡响应

SD卡命令的响应由SD卡向主机发出，部分命令要求SD卡作出响应，这些响应多用于反馈SD卡的状态。基本特性如下：

• SDIO总共有7个响应类型(代号：R1~R7)，其中SD卡没有R4、R5类型响应。特定的命令对应有特定的响应类型，比如当主机发送CMD3命令时，可以得到响应R6。
• 与命令一样，SD卡的响应也是通过CMD线连续传输的。
  
  
• 根据响应内容大小可以分为短响应和长响应。短响应是48bit长度，只有R2类型是长响应，其长度为136bit。
  
  
  : P  K* k5 {0 X. a" {

" u1 {  T8 I- O% N+ c* E
2 m1 b! K/ a! q: R$ R. S, V

SD的读写操作是以块为操作对象。先发送命令开始传输，然后传输数据块，传输完数据块紧接着传输CRC检验值。最好发送停止命令停止数据传输

2 {# t, n, j/ H

1.5 SD卡的操作模式及切换

SD卡有多个版本，STM32控制器目前最高支持《Physical Layer Simplified Specification V2.0》定义的SD卡，STM32控制器对SD卡进行数据读写之前需要识别卡的种类：V1.0标准卡、V2.0标准卡、V2.0高容量卡或者不被识别卡。

( |5 p6 [" J$ c1 c

SD卡系统定义了两种操作模式：卡识别模式和数据传输模式

6 f* ~8 c6 ]% K. d

在系统复位后，主机处于卡识别模式，寻找总线上可用的SDIO设备；同时，SD卡也处于卡识别模式，直到被主机识别到，即当SD卡接收到SEND_RCA(CMD3)命令后，SD卡就会进入数据传输模式，而主机在总线上所有卡被识别后也进入数据传输模式。

8 q0 N) v3 s- a6 f

" d+ ?( R& x5 V: \1 Z

2.硬件设计

D1指示灯用来提示系统运行状态，K_UP写入数据，K_DOWN读取数据，TFTLCD用来显示SD卡的容量、类型等信息，串口1用来打印调试信息

• D1指示灯
• K_UP/K_DOWN/K_LEFT/K_RIGHT按键
  : w6 q$ _% B/ N4 d$ Z5 y
• USART1串口
• TFTLCD
  
  
• TF卡
  
  

9 V* M# b" v3 I# {# o& ~

$ }" t* _$ I, Z4 a) g% l! R: B

从以上电路图可以看出，SD卡支持SPI和SDIO模式，两种模式可以通过端子进行切换，P4端子与SD卡连接，SD端子与STM32F1的SDIO接口连接，IO端子与STM32F1的SPI2接口连接，本例程使用SDIO模式（将P4端子与SD端子短接）

3.软件设计

3.1 STM32CubeMX设置

➡️ RCC设置外接HSE，时钟设置为72M

➡️ PC0设置为GPIO推挽输出模式、上拉、高速、默认输出电平为高电平

➡️ PA0设置为GPIO输入模式、下拉模式；PE2/PE3/PE4设置为GPIO输入模式、上拉模式

➡️ USART1选择为异步通讯方式，波特率设置为115200Bits/s，传输数据长度为8Bit，无奇偶校验，1位停止位

➡️ 激活FSMC

➡️ 激活SDIO，选择4线SD模式，分频因子设为4，使能流控，其余默认设置

+ m- W$ s4 J% R1 R; d& ]

  i, \$ m7 T6 V1 P

➡️ 激活CRC功能，以避免后续读写SD卡报CRC校验错误

: a" ^, k. J" B

➡️输入工程名，选择路径（不要有中文），选择MDK-ARM V5；勾选Generated periphera initialization as a pair of ‘.c/.h’ files per IP ；点击GENERATE CODE，生成工程代码

7 Y" B5 V* U( q/ W; E; i$ O

3.2 MDK-ARM软件编程

➡️ 创建按键驱动文件key.c和key.h，参考按键输入例程

➡️ 创建LCD驱动文件tftlcd.c 和tftlcd.h，参考TFTLCD显示例程

➡️ 在sdio.c文件下可以看到sdio初始化函数，同时在该文件下添加显示SD卡信息函数

; g) t9 d0 h1 r) f  R  W( k/ o  C

1. void MX_SDIO_SD_Init(void){
   
2.   hsd.Instance = SDIO;
   
3.   hsd.Init.ClockEdge = SDIO_CLOCK_EDGE_RISING;//上升沿
   
4.   hsd.Init.ClockBypass = SDIO_CLOCK_BYPASS_DISABLE;//比使用bypass，直接用HCLK分配得到SDIO_CK
   ) G) G! D) U4 {# l- P, D6 k
5.   hsd.Init.ClockPowerSave = SDIO_CLOCK_POWER_SAVE_DISABLE;//空闲时不关闭时钟电源
   
6.   hsd.Init.BusWide = SDIO_BUS_WIDE_1B;//1位数据线
   
7.   hsd.Init.HardwareFlowControl = SDIO_HARDWARE_FLOW_CONTROL_ENABLE;//开启硬件流控
   ( r6 }2 v0 P# h  W- Y
8.   hsd.Init.ClockDiv = 4;//4分频
   , V/ t3 _. d( J4 z. ?
9.   if (HAL_SD_Init(&hsd) != HAL_OK){
   & w( @! T; U" j3 H( ?2 }  U
10.     Error_Handler();
    
11.   }
    5 a/ E& ^2 f6 I, J/ w
12.   if (HAL_SD_ConfigWideBusOperation(&hsd, SDIO_BUS_WIDE_4B) != HAL_OK){
    
13.     Error_Handler();//初始化完成后使能宽总线（4位）模式
    
14.   }
    % E7 e1 O% K; t5 w
15. }
    ) X" \; p/ }! v. U$ ~, h
16. //显示SD卡信息函数
    1 F( N# J! B) S" s
17. void Show_SDMMC_Info(void){
    
18.   HAL_SD_CardCIDTypeDef SDCard_CID;
    ' k$ D! ]7 }& s1 d  ]
19.   HAL_SD_CardInfoTypeDef SDCard_INFO;
    
20.   uint64_t CardCap;                        //SD卡容量
    
21.   HAL_SD_GetCardCID(&hsd,&SDCard_CID);        //获取CID
    , G/ d* _) N. H0 Q( i( `0 Y
22.   HAL_SD_GetCardInfo(&hsd,&SDCard_INFO);//获取SD卡信息
    - r. P% N( y/ f1 [5 {; ~8 A
23.   FRONT_COLOR=BROWN;       
    % T: h* p' L& e( t/ A
24.   switch(SDCard_INFO.CardType)                //SD卡类型
    
25.   {
    : O5 w/ P. l+ P; j% Y- \9 C
26.     case CARD_SDSC:
    
27.       if(SDCard_INFO.CardVersion == CARD_V1_X){
    # t, J" r# @/ Y
28.         LCD_ShowString(120,190,50,16,16,(uint8_t *)"SDSC V1");
    ! I3 ~/ O7 s6 V, p$ l' L7 g$ O+ ]- J* i
29.         printf("Card Type: SDSC V1\r\n");
    ( e& _) S+ U7 y+ [9 n# `
30.       }
    5 d1 O: b" V9 E5 H8 F1 V# y7 G: y% f
31.       else if(SDCard_INFO.CardVersion == CARD_V2_X){
    
32.         LCD_ShowString(120,190,50,16,16,(uint8_t *)"SDSC V2");
    
33.         printf("Card Type: SDSC V2\r\n");
    
34.       }
      w! t4 I' D; c  B& ?
35.       break;
    
36.     case CARD_SDHC_SDXC:
    ( L- E+ k2 m9 |& `; u: w: ~
37.       LCD_ShowString(120,190,50,16,16,(uint8_t *)"SDHC");
    
38.       printf("Card Type: SDHC\r\n");
    7 y. _2 I) @6 d, A  t5 u
39.       break;
    
40.   }
    / i3 o  b- B, v' G/ \* e
41.        
    
42.   CardCap = (uint64_t)(SDCard_INFO.LogBlockNbr)*(uint64_t)(SDCard_INFO.LogBlockSize)/1024/1024;        //计算SD卡容量
    
43.   printf("Card ManufacturerID:%d\r\n",SDCard_CID.ManufacturerID);//制造商ID
    " {% @: S% ^) c" h0 t% P
44.   printf("Card RCA:%d\r\n",SDCard_INFO.RelCardAdd);        //卡相对地址
    
45.   printf("LogBlockNbr:%d\r\n",SDCard_INFO.LogBlockNbr);        //逻辑块数量
    " k7 r9 |; ]) w) Z
46.   printf("LogBlockSize:%d\r\n",SDCard_INFO.LogBlockSize);//逻辑块大小
    
47.   printf("Card Capacity:%d MB\r\n",(uint32_t)CardCap);        //显示容量
    ) S) g3 s% P$ `) W! H
48.   printf("Card BlockSize:%d\r\n",SDCard_INFO.BlockSize);//块大小
    
49.   LCD_ShowNum(120,210,CardCap,4,16);
    ( {0 b' a3 w2 R$ R" t0 Q  Q
50.   LCD_ShowString(160,210,50,16,16,(uint8_t *)"MB");
    5 X0 B* ]4 J) C. w: h& [
51. }

复制代码

➡️ 在main.c文件下编写SD卡读写测试代码

; |' k/ f6 q' [* f  k

1. uint8_t Buffer_Tx[512],Buffer_Rx[512] = {0};
   
2. uint32_t i;
   
3. int main(void){
   & U6 v+ Y9 }/ d+ R
4. uint8_t key;
   ; i0 z9 V* R5 E& g' C( \) C, ^
5.   HAL_Init();
   
6.   SystemClock_Config();
   5 T# \& `0 `9 ]& v
7.   MX_GPIO_Init();
   
8.   MX_FSMC_Init();
   ( W5 {( @4 w7 d; ]5 w. A
9.   MX_SDIO_SD_Init();
   $ @. W3 d  l! D. d
10.   MX_USART1_UART_Init();
    / B% G2 C+ I, O+ y: j
11.   MX_CRC_Init();
    
12.   /* USER CODE BEGIN 2 */
    3 d* b6 K; j- R: _
13.   TFTLCD_Init();       
    
14.   FRONT_COLOR=BROWN;
    8 ~% [. g/ y8 {/ n& y7 N  J; `
15.   LCD_DrawRectangle(25,25,215,135);
    5 o# G& M3 |& q
16.   FRONT_COLOR=RED;                                       
    ; n6 }' N$ Z6 t) H8 o$ v
17.   LCD_ShowString(30,30,200,16,16,(uint8_t *)"ANDYXI STM32");       
    
18.   LCD_ShowString(30,50,200,16,16,(uint8_t *)"STM32CubeMX");       
    : q* k/ i/ Q" R! e2 f6 X3 B
19.   LCD_ShowString(30,70,200,16,16,(uint8_t *)"SDIO TEST");
    
20.   FRONT_COLOR=BLACK;
    ( p* ~4 U1 H! R( B1 \6 K; @" l
21.   LCD_ShowString(30,90,200,16,16, (uint8_t *)"K_U:ReadSD K_D:WriteSD");
    & h& i- _& f% Z( e. Y% k- n8 p
22.   LCD_ShowString(30,110,200,16,16,(uint8_t *)"K_R:EaseSD K_L:None");
    / ^7 R4 _' o- P( ?6 W) r
23.   FRONT_COLOR=BLUE;
    
24.   LCD_ShowString(30,170,200,16,16,(uint8_t *)"SD Card Information");
    
25.   LCD_ShowString(30,190,80,16,16,(uint8_t *)"Card Type:     ");
    
26.   LCD_ShowString(30,210,80,16,16,(uint8_t *)"Card Capa:");       
    
27.   Show_SDMMC_Info();
    
28.   memset(Buffer_Tx,0x15,sizeof(Buffer_Tx));       
    
29.   /* USER CODE END 2 */
    ( E4 J- N" n7 o: Y& M6 r2 Y
30.   while (1){
    ' Y/ @% ?  C7 J
31.     key = KEY_Scan(0);
      i+ [' v1 i& z2 n
32.     switch(key)
    
33.     {
    & U' o4 T/ r9 T8 d6 l
34.       case KEY_RIGHT_PRES:
    
35.         if(HAL_SD_Erase(&hsd,0,1) == HAL_OK){
    5 R# s8 t$ u" d  Q; W+ q: G* C
36.           while(HAL_SD_GetCardState(&hsd) != HAL_SD_CARD_TRANSFER);
    
37.           printf("\r\nErase Block Success!\r\n");
    
38.           LCD_ShowString(30,250,200,16,16,(uint8_t *)"Erase Block Success!");
    
39.         }
    3 w% @+ I) |& ~. G7 F9 X, y) V
40.         else{
    
41.           printf("\r\nErase Block Failed!\r\n");       
    
42.           LCD_ShowString(30,250,200,16,16,(uint8_t *)"Erase Block Failed!");                               
    6 J1 a5 K7 q3 n2 @" @0 W0 F. K
43.         }
    
44.         break;
    ) d+ O$ X* X6 {* @" [
45.       case KEY_UP_PRES:
    
46.         if(HAL_SD_ReadBlocks(&hsd,Buffer_Rx,0,1,0xffffffff) == HAL_OK){
    
47.           while(HAL_SD_GetCardState(&hsd) != HAL_SD_CARD_TRANSFER);
      D. g3 d. R/ o0 C0 i2 }
48.           printf("\r\nRead Block Success!\r\n");
    
49.           for(i=0;i<sizeof(Buffer_Rx);i++)
    / C9 \" K3 H  V& B: v7 X+ w  T9 e
50.             printf("%02x ",Buffer_Rx[i]);
    ( s! \2 p9 _# o  K, {) W
51.           printf("\r\n");
    
52.           LCD_ShowString(30,250,200,16,16,(uint8_t *)"Read Block Success!");
    1 P! R3 ~6 q2 H
53.         }else{
    & N  }# m- e) i( v, M
54.           printf("\r\nRead Block Failed!\r\n");
    # P$ @1 D' Z9 D9 A1 u+ y3 Y- S
55.           LCD_ShowString(30,250,200,16,16,(uint8_t *)"Read Block Success!");                               
    
56.         }
    
57.         break;          
    % n6 J% D7 _# ^) G( b: o
58.       case KEY_DOWN_PRES:
    
59.         if(HAL_SD_WriteBlocks(&hsd,Buffer_Tx,0,1,0xffffffff) == HAL_OK){
    
60.           while(HAL_SD_GetCardState(&hsd) != HAL_SD_CARD_TRANSFER);
    
61.             printf("\r\nWrite Block Success!\r\n");
    4 E3 C" U4 Z+ |9 ~' R$ k& C
62.           for(i=0;i<sizeof(Buffer_Tx);i++)
    
63.             printf("0x%02x:%02x ",i,Buffer_Tx[i]);
    7 p' Q8 D  q8 G4 W" ]; d1 j
64.           printf("\r\n");
    
65.           LCD_ShowString(30,250,200,16,16,(uint8_t *)"Write Block Success!");
    
66.         }else{
    
67.           printf("\r\nWrite Block Failed!\r\n");
    & ^0 r( B7 D, Q6 ]! Z$ p) T. `6 m
68.           LCD_ShowString(30,250,200,16,16,(uint8_t *)"Write Block Failed!");
    & e& @6 e% I* x3 p+ j+ y
69.         }
    $ L5 X0 T5 j, }2 M, O! @) [* g# u& r
70.         break;
    / V% x+ u. f& H. l
71.     }
    
72.   HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_0);
    
73.   HAL_Delay(200);
    
74.   }
    " s- [/ ?* i% y7 P8 i1 a4 A& w; V
75. }

复制代码

4.下载验证

编译无误下载到开发板后，可以看到D1指示灯不断闪烁，按下KEY_UP键读取SD卡数据，按下KEY_DOWN键写入数据，按下KEY_RIGHT键擦除数据，SD卡信息以及更新的信息都会显示在LCD屏上

! n, h% R9 m) ~" u+ R5 h

转载自： 嵌入式攻城狮

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