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。

, b( j9 h; l) Q

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

9 t) I6 d/ z# l' m% {8 V4 `. S

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：

/ Z6 @5 W. y" F6 }6 f6 G
• 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；
  
  : r% E; V% @; i8 t
• 接口驱动器：控制SD卡引脚的输入输出。
  
  & [* T& P' O$ ~
  0 Z! C' o- i# C2 `" t0 B8 K- L8 P

: o6 j1 E8 w3 T9 v5 r0 q1 C

SDIO由SDIO适配器和APB2接口两部分组成：

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：

& r- O9 v3 K# j5 l- f( v% b

3 D1 U2 H6 u; H7 u' G& f

! @8 V+ Y; B! _8 }, ^# c5 |, 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。
  
  
• 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。
  
  1 i  M" A' h: l' |
  0 q: V8 i) m$ \3 j5 \1 z

. N; ~4 \1 S- n# j" Y

1.4 SD卡响应
; I  D& @, w. g- F* L! f

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：

% B* T" v7 \6 K8 f2 M& a
• 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。
  
  
  - T- W6 J5 B0 O( X& d

0 O! P6 U8 c8 A; z

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

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。

! E/ ~' y& q2 Q. {/ r) l4 @

" ^6 t& H+ ~  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

: z* L' m- t( W6 Y4 m8 V
• D1指示灯
• K_UP/K_DOWN/K_LEFT/K_RIGHT按键
  
• USART1串口
• TFTLCD
  
  
• TF卡
  
  

# R$ H8 ?& b9 A( i4 a

; W% k: e8 r! T/ _

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

➡️ 激活CRC功能，以避免后续读写SD卡报CRC校验错误

➡️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

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

1. void MX_SDIO_SD_Init(void){
   ' P+ v" b3 P- I* G* P
2.   hsd.Instance = SDIO;
   4 L- L9 H& s; @3 [" i3 X$ t
3.   hsd.Init.ClockEdge = SDIO_CLOCK_EDGE_RISING;//上升沿
   $ k3 j9 b& c) D5 y% d- U
4.   hsd.Init.ClockBypass = SDIO_CLOCK_BYPASS_DISABLE;//比使用bypass，直接用HCLK分配得到SDIO_CK
   % U; J9 k- R9 o. n7 P
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
   6 z9 Z+ v: u' X" G2 h# e+ h
8.   hsd.Init.ClockDiv = 4;//4分频
   - X2 }1 r- L* A, z5 _9 j0 H
9.   if (HAL_SD_Init(&hsd) != HAL_OK){
   
10.     Error_Handler();
    
11.   }
    
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
    " R/ M( ~3 b7 U0 D$ d
14.   }
    
15. }
    0 f0 _4 `% u9 f5 {) T
16. //显示SD卡信息函数
    5 n8 G1 D" C! }! m* D/ d3 Y- ~3 _
17. void Show_SDMMC_Info(void){
    
18.   HAL_SD_CardCIDTypeDef SDCard_CID;
    6 C( _  W6 |! N, E: c6 B: g1 F( |
19.   HAL_SD_CardInfoTypeDef SDCard_INFO;
    # _. K5 Y; W" R
20.   uint64_t CardCap;                        //SD卡容量
    
21.   HAL_SD_GetCardCID(&hsd,&SDCard_CID);        //获取CID
    4 z* J" Q, U, M/ X, c
22.   HAL_SD_GetCardInfo(&hsd,&SDCard_INFO);//获取SD卡信息
    
23.   FRONT_COLOR=BROWN;       
    4 W, \" L7 e& |0 }) o3 k: D' q
24.   switch(SDCard_INFO.CardType)                //SD卡类型
      A( j  v0 H- ~: R% v" w& m& k& g7 X5 U
25.   {
    7 V. ]* i! Y& W2 j
26.     case CARD_SDSC:
    
27.       if(SDCard_INFO.CardVersion == CARD_V1_X){
    
28.         LCD_ShowString(120,190,50,16,16,(uint8_t *)"SDSC V1");
    
29.         printf("Card Type: SDSC V1\r\n");
    
30.       }
    $ f1 x) u( Z2 [2 C
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");
    ! k; a! r' v, P, n) B3 c
34.       }
    " A) t# W  E2 c; _
35.       break;
    3 c2 \$ u9 D& U5 n7 J6 }! \
36.     case CARD_SDHC_SDXC:
    
37.       LCD_ShowString(120,190,50,16,16,(uint8_t *)"SDHC");
    
38.       printf("Card Type: SDHC\r\n");
    
39.       break;
    / P! w; h+ c3 O  ~. _& T! a5 ~% a
40.   }
    ( r2 h6 j2 A1 c: c4 z; m
41.        
    2 J6 B0 J4 s! p+ u( `
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
    
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
    ( j( E  z$ S' d5 l6 F4 j" w
46.   printf("LogBlockSize:%d\r\n",SDCard_INFO.LogBlockSize);//逻辑块大小
    ' h, n' I! {+ e2 m7 n/ w
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
    # i: y9 @) R0 a4 o# t
49.   LCD_ShowNum(120,210,CardCap,4,16);
    : _; Z( n6 d& g( E8 {/ i
50.   LCD_ShowString(160,210,50,16,16,(uint8_t *)"MB");
    
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};
   $ r& O( T) |) S
2. uint32_t i;
   
3. int main(void){
   
4. uint8_t key;
   7 q6 z) ^3 d, j; t& ^& f
5.   HAL_Init();
   , l4 b- F# M  m& n1 S& e
6.   SystemClock_Config();
   
7.   MX_GPIO_Init();
   - z3 `' ?6 `% F3 X$ Y# Q! s4 E, u9 R
8.   MX_FSMC_Init();
   # p0 q6 `6 h. m% y5 o2 G
9.   MX_SDIO_SD_Init();
   7 S, a0 C8 M" a
10.   MX_USART1_UART_Init();
    + g6 ~4 D1 J* Z
11.   MX_CRC_Init();
    7 k. S( E( p! J9 ^* A1 U* g
12.   /* USER CODE BEGIN 2 */
    
13.   TFTLCD_Init();       
    6 w+ }' l3 U  {4 }9 j
14.   FRONT_COLOR=BROWN;
    4 Y- d' Z# u: o: z2 s
15.   LCD_DrawRectangle(25,25,215,135);
    - g/ ^8 j! ]: N
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");       
    
19.   LCD_ShowString(30,70,200,16,16,(uint8_t *)"SDIO TEST");
    
20.   FRONT_COLOR=BLACK;
      v' E; u; s' U3 _
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");
    : h- ]0 ~/ k; }5 S
23.   FRONT_COLOR=BLUE;
    2 O  o# \! z# z2 P* A$ l8 N
24.   LCD_ShowString(30,170,200,16,16,(uint8_t *)"SD Card Information");
    - J# L$ `! n) T" ]+ O  X
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 */
    * |. `! J1 H5 z! \1 ], e
30.   while (1){
    ( ~2 z5 G: s  G" O
31.     key = KEY_Scan(0);
    1 [4 z4 L" K1 K; t2 N$ y
32.     switch(key)
    ; P3 C; `' _- Q3 c+ E3 Y6 o
33.     {
    2 k1 C3 @  d2 t( O4 d
34.       case KEY_RIGHT_PRES:
    " j) c2 o1 D9 {) K, b( K1 z
35.         if(HAL_SD_Erase(&hsd,0,1) == HAL_OK){
      A2 o& Y& x6 |$ d1 Z( R. [
36.           while(HAL_SD_GetCardState(&hsd) != HAL_SD_CARD_TRANSFER);
    , H& ]2 d4 z' m$ W. Q2 m, X9 |
37.           printf("\r\nErase Block Success!\r\n");
    ! o1 x5 X- a: V# C
38.           LCD_ShowString(30,250,200,16,16,(uint8_t *)"Erase Block Success!");
    + {) C) S; W: C) M9 K: O) B/ a& y
39.         }
    * h( U% w9 S' ^* D( ]% J
40.         else{
    
41.           printf("\r\nErase Block Failed!\r\n");       
    
42.           LCD_ShowString(30,250,200,16,16,(uint8_t *)"Erase Block Failed!");                               
    
43.         }
    * P" t& T/ t- ]4 N* j! y( l
44.         break;
    
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);
    
48.           printf("\r\nRead Block Success!\r\n");
    
49.           for(i=0;i<sizeof(Buffer_Rx);i++)
    
50.             printf("%02x ",Buffer_Rx[i]);
    3 `. n5 S+ m# Y  }
51.           printf("\r\n");
    
52.           LCD_ShowString(30,250,200,16,16,(uint8_t *)"Read Block Success!");
    ) @0 M! m' X# t9 b0 z
53.         }else{
    
54.           printf("\r\nRead Block Failed!\r\n");
    2 o* A& M' A: P; H# V; u' o/ F  j
55.           LCD_ShowString(30,250,200,16,16,(uint8_t *)"Read Block Success!");                               
    : c5 [& }; w- ~. f' |* K" i. o
56.         }
    5 U1 p* p4 ?/ }" u7 ]: n( _# A) G, z
57.         break;          
    
58.       case KEY_DOWN_PRES:
    
59.         if(HAL_SD_WriteBlocks(&hsd,Buffer_Tx,0,1,0xffffffff) == HAL_OK){
    : ~% ?$ A6 h7 s/ I* k# h
60.           while(HAL_SD_GetCardState(&hsd) != HAL_SD_CARD_TRANSFER);
    0 A) e- R6 i/ a
61.             printf("\r\nWrite Block Success!\r\n");
    ' N6 H& S# y$ p/ w2 N
62.           for(i=0;i<sizeof(Buffer_Tx);i++)
    
63.             printf("0x%02x:%02x ",i,Buffer_Tx[i]);
    2 X; R2 q; x" }4 K
64.           printf("\r\n");
    - @6 B7 \- U* l4 S2 ^2 E
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.     }
    + S4 w! `2 j3 x0 O& O' w
72.   HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_0);
    
73.   HAL_Delay(200);
    
74.   }
    * \, R. q) W% V1 G) p
75. }

复制代码

0 a! C  G# M4 x' s- n8 y) R

4.下载验证

/ j0 a7 @7 ^  ?: ~& q: _

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

转载自： 嵌入式攻城狮

如有侵权请联系删除

4 o: M" c7 Z- N; d. S& g+ r