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。

( \$ @4 N" t& S: n; _, k1 d

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。
; K9 r8 R! r9 d

" w7 Y1 S! k- {% F

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

* ~6 g* n& A# d8 e' g

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：

7 F8 V: U4 Y" X* F  V  q
• 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；
  
  . K. @- b0 ^/ `3 O
• 接口驱动器：控制SD卡引脚的输入输出。
  
  
  

% t0 M( Z( \4 y# V/ Y
, c* R5 D1 c& V
0 ]+ W9 g# {& v- A/ Z

SDIO由SDIO适配器和APB2接口两部分组成：
& H! A# }+ ^2 ]0 d3 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

0 D. W6 b3 Y& s; O6 [$ k

下图是SDIO功能框图及SDIO适配器框图：

1 k1 G6 ~& z$ r# X; n

  S6 M( V+ \6 v1 i" [4 }* `

$ v$ M' x* j/ I1 Z

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：

. x1 `4 ]/ z: X. u# K
• 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。
  
  
• 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。
  
  
  / ^2 E% f" {9 s; U. s  Y# [

4 g2 p+ y! i4 Z0 M6 D. a" G( s$ V8 }

1.4 SD卡响应
/ s% N( y. z1 Q# G9 i- C$ N

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。
  
  : g/ S) q/ y3 r6 G! D. N5 J1 p
• 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。
  
  % U* T* n) B. {! q5 U. j
  7 C' n6 I7 `9 t9 N

+ [5 @9 E5 D, R* S3 {$ ^5 }
( q6 Q% a! [: }2 d1 i( J

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

- z! N2 q- L8 r: l3 Z

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。

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

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。

) K! \* `8 H1 E% z6 Z+ ^# P; G

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

2 M& T0 d. u0 l: q
• D1指示灯
• K_UP/K_DOWN/K_LEFT/K_RIGHT按键
  
• USART1串口
• TFTLCD
  
  
• TF卡
  
  9 E( u' u1 g( N8 n

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）

- U6 |0 \  ]. o! J4 b

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

➡️ 激活CRC功能，以避免后续读写SD卡报CRC校验错误

" {" P) }2 b; P9 T$ l, z

➡️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

# C. d% R1 U2 c1 ~" L

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

9 b& l: x! s* h7 y! ^1 A( F8 U

1. void MX_SDIO_SD_Init(void){
   
2.   hsd.Instance = SDIO;
   , W; ]6 H9 M  q) k/ K- y
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
   
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
   3 K0 r  Z6 m; v
8.   hsd.Init.ClockDiv = 4;//4分频
   
9.   if (HAL_SD_Init(&hsd) != HAL_OK){
   ! ]& V4 x3 `  z8 C! D
10.     Error_Handler();
    ' a5 A& w* t8 `$ V. l
11.   }
    8 Z0 l0 H  T. G7 ^/ ~
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
    6 W2 g6 a3 @! D/ w
14.   }
    9 L. T) E/ f# }7 v, X
15. }
    
16. //显示SD卡信息函数
    & N9 `- n2 X% c1 v1 N* b
17. void Show_SDMMC_Info(void){
    6 X1 d" Z5 c8 u$ Y" X' t
18.   HAL_SD_CardCIDTypeDef SDCard_CID;
    
19.   HAL_SD_CardInfoTypeDef SDCard_INFO;
    1 E6 I0 F; |' H) z8 ~* z6 W
20.   uint64_t CardCap;                        //SD卡容量
    
21.   HAL_SD_GetCardCID(&hsd,&SDCard_CID);        //获取CID
    
22.   HAL_SD_GetCardInfo(&hsd,&SDCard_INFO);//获取SD卡信息
    
23.   FRONT_COLOR=BROWN;       
    ) q& S1 {; W( m# W. u: c) a
24.   switch(SDCard_INFO.CardType)                //SD卡类型
    
25.   {
    
26.     case CARD_SDSC:
    " P6 A+ |4 J5 }. {' C- b& h
27.       if(SDCard_INFO.CardVersion == CARD_V1_X){
    * R: ~+ L: o: c( K; C8 N  |: y
28.         LCD_ShowString(120,190,50,16,16,(uint8_t *)"SDSC V1");
    % J6 m( v7 R2 f
29.         printf("Card Type: SDSC V1\r\n");
    
30.       }
    
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.       }
    
35.       break;
    
36.     case CARD_SDHC_SDXC:
    
37.       LCD_ShowString(120,190,50,16,16,(uint8_t *)"SDHC");
    : A% }; a, K1 @: A/ x
38.       printf("Card Type: SDHC\r\n");
    / U+ L/ d8 |1 H* l% W$ v- Q
39.       break;
    
40.   }
    
41.        
    
42.   CardCap = (uint64_t)(SDCard_INFO.LogBlockNbr)*(uint64_t)(SDCard_INFO.LogBlockSize)/1024/1024;        //计算SD卡容量
    0 @+ H. K+ C; v# z) S2 O. C, O) L+ x
43.   printf("Card ManufacturerID:%d\r\n",SDCard_CID.ManufacturerID);//制造商ID
    
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
    
46.   printf("LogBlockSize:%d\r\n",SDCard_INFO.LogBlockSize);//逻辑块大小
    # `% e: n& p& U/ u
47.   printf("Card Capacity:%d MB\r\n",(uint32_t)CardCap);        //显示容量
    
48.   printf("Card BlockSize:%d\r\n",SDCard_INFO.BlockSize);//块大小
    # O8 b3 u8 M1 X- E1 \1 n
49.   LCD_ShowNum(120,210,CardCap,4,16);
    " Q2 p( K) l+ \6 U
50.   LCD_ShowString(160,210,50,16,16,(uint8_t *)"MB");
    6 p# [1 x) y. e. I- p. B
51. }

复制代码

➡️ 在main.c文件下编写SD卡读写测试代码

1. uint8_t Buffer_Tx[512],Buffer_Rx[512] = {0};
     ^) S/ D2 k2 B! Y5 r
2. uint32_t i;
   ) x- q) b8 M  p2 p4 `! C
3. int main(void){
   ( u# a1 v8 F; q+ E
4. uint8_t key;
   
5.   HAL_Init();
   
6.   SystemClock_Config();
   - x, d- A# z7 u1 P: g/ C0 v
7.   MX_GPIO_Init();
   + d2 l% T& O/ c4 t
8.   MX_FSMC_Init();
   % ^( S- k3 g3 D+ b( b. C! ]
9.   MX_SDIO_SD_Init();
   , K) L! Z3 m' n
10.   MX_USART1_UART_Init();
    
11.   MX_CRC_Init();
    
12.   /* USER CODE BEGIN 2 */
    / K7 h, Q8 V$ H; M  G. w/ Q
13.   TFTLCD_Init();       
    
14.   FRONT_COLOR=BROWN;
    ! h- F( y9 U3 C& G
15.   LCD_DrawRectangle(25,25,215,135);
    9 x6 Z6 P- I: h
16.   FRONT_COLOR=RED;                                       
    
17.   LCD_ShowString(30,30,200,16,16,(uint8_t *)"ANDYXI STM32");       
    
18.   LCD_ShowString(30,50,200,16,16,(uint8_t *)"STM32CubeMX");       
    + ^5 o: D2 s' u) o5 D/ c" \) Q
19.   LCD_ShowString(30,70,200,16,16,(uint8_t *)"SDIO TEST");
    
20.   FRONT_COLOR=BLACK;
    
21.   LCD_ShowString(30,90,200,16,16, (uint8_t *)"K_U:ReadSD K_D:WriteSD");
    
22.   LCD_ShowString(30,110,200,16,16,(uint8_t *)"K_R:EaseSD K_L:None");
    
23.   FRONT_COLOR=BLUE;
    
24.   LCD_ShowString(30,170,200,16,16,(uint8_t *)"SD Card Information");
      {7 S2 r& F! S
25.   LCD_ShowString(30,190,80,16,16,(uint8_t *)"Card Type:     ");
    " s) u, c$ ?5 j! J9 s
26.   LCD_ShowString(30,210,80,16,16,(uint8_t *)"Card Capa:");       
    1 H1 S' ]8 o( _+ D3 X( h! n
27.   Show_SDMMC_Info();
    / ?% D0 X, e! N$ J8 {% |2 D
28.   memset(Buffer_Tx,0x15,sizeof(Buffer_Tx));       
    * w& o  m  j, m5 \6 I  N. f
29.   /* USER CODE END 2 */
    + g4 K# Y4 c  O0 Y
30.   while (1){
    8 g. x, H- ^, ]0 L  I+ v5 k
31.     key = KEY_Scan(0);
    
32.     switch(key)
    
33.     {
    
34.       case KEY_RIGHT_PRES:
    ' B% e) Y6 b$ @
35.         if(HAL_SD_Erase(&hsd,0,1) == HAL_OK){
    ; p% U# O+ t. u* K  h% Z" }% w
36.           while(HAL_SD_GetCardState(&hsd) != HAL_SD_CARD_TRANSFER);
    
37.           printf("\r\nErase Block Success!\r\n");
    9 `( x( i3 A9 p& r3 K( F5 b
38.           LCD_ShowString(30,250,200,16,16,(uint8_t *)"Erase Block Success!");
    % J( Y  x3 i3 f) s4 ~) E* z
39.         }
    
40.         else{
    * K4 a) T5 F2 S  h1 v5 F, Y3 _
41.           printf("\r\nErase Block Failed!\r\n");       
    
42.           LCD_ShowString(30,250,200,16,16,(uint8_t *)"Erase Block Failed!");                               
    
43.         }
    
44.         break;
    . L. j! O2 A; F5 M: C" B
45.       case KEY_UP_PRES:
    : R2 }! _* L" ]+ y, r. f- `
46.         if(HAL_SD_ReadBlocks(&hsd,Buffer_Rx,0,1,0xffffffff) == HAL_OK){
    
47.           while(HAL_SD_GetCardState(&hsd) != HAL_SD_CARD_TRANSFER);
    
48.           printf("\r\nRead Block Success!\r\n");
    
49.           for(i=0;i<sizeof(Buffer_Rx);i++)
    
50.             printf("%02x ",Buffer_Rx[i]);
    
51.           printf("\r\n");
    , @4 |- ?1 w. q( e3 ]8 _
52.           LCD_ShowString(30,250,200,16,16,(uint8_t *)"Read Block Success!");
    
53.         }else{
    
54.           printf("\r\nRead Block Failed!\r\n");
    " I& V$ k$ O; y4 N0 j3 f5 r# W
55.           LCD_ShowString(30,250,200,16,16,(uint8_t *)"Read Block Success!");                               
    * E* n3 Q4 k7 H/ F+ \6 d2 U
56.         }
    
57.         break;          
    
58.       case KEY_DOWN_PRES:
    ! H& ~( ?2 R  |+ W, @
59.         if(HAL_SD_WriteBlocks(&hsd,Buffer_Tx,0,1,0xffffffff) == HAL_OK){
    
60.           while(HAL_SD_GetCardState(&hsd) != HAL_SD_CARD_TRANSFER);
    , G- N( T; ~) [: U5 l0 n
61.             printf("\r\nWrite Block Success!\r\n");
    ; o+ H( C3 `1 o- y6 ]
62.           for(i=0;i<sizeof(Buffer_Tx);i++)
    % K0 _, @+ a. A! I
63.             printf("0x%02x:%02x ",i,Buffer_Tx[i]);
    5 S7 p' O& W/ M+ z' Z8 ]( I
64.           printf("\r\n");
    9 m/ Z; `) Y1 J9 M9 U
65.           LCD_ShowString(30,250,200,16,16,(uint8_t *)"Write Block Success!");
    
66.         }else{
    
67.           printf("\r\nWrite Block Failed!\r\n");
    
68.           LCD_ShowString(30,250,200,16,16,(uint8_t *)"Write Block Failed!");
    
69.         }
    
70.         break;
    
71.     }
    
72.   HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_0);
    * |/ ]6 V/ Z; O& d
73.   HAL_Delay(200);
    + d2 z  ]  `- Q/ ^+ G
74.   }
    
75. }

复制代码

. I6 B4 B6 h" N

4.下载验证

, X; W) S' z' d0 r9 Y% z

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

+ i( g4 t/ K, T- h& o1 }. F

转载自： 嵌入式攻城狮

如有侵权请联系删除

. v4 ~) w2 G8 t