SD卡在SPI模式下的初始化和详细的代码分析

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我叫妄想 2019-01-10 10:49:59 ©著作权

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SD卡在spi下的初始化： 1、初始化与SD卡链接的硬件条件（mcu的spi配置， IO口配置） 2、上电延时（>74个CLK） 3、复位卡（CMD0），进入idle状态 4、发送CMD8，检查是否支持2.0协议（CMD8就是判断是否是支持2.0协议） 5、根据不同协议检查sd卡（命令包括：cmd55、cmd41、cmd58、cmd1等） 6、取消片选，多发8个CLK，结束初始化详细描述：上电后，包括热插入，卡进入 idle 状态。在该状态 SD 卡忽略所有总线操作直到接收到 ACMD41 命令。ACMD41 命令是一个特殊的同步命令，用来协商操作电压范围，并轮询所有的卡。除了操作电压信息，ACMD41 的响应还包括一个忙标志，表明卡还在 power-up 过程工作，还没有准备好识别操作，即告诉主机卡还没有就绪。主机等待(继续轮询)直到忙标志清除。单个卡的最大上电时间不能操作 1 秒。上电后，主机开始时钟并在 CMD 线上发送初始化序列，初始化序列由连续的逻辑“1”组成。序列长度为最大 1 毫秒，74 个时钟或 supply-ramp-up 时间。额外的 10 个时钟(64 个时钟后卡已准备就绪)用来实现同步。每个总线控制器必须能执行 ACMD41 和 CMD1。CMD1 要求 MMC 卡发送操作条件。在任何情况下，ACMD41 或 CMD1 必须通过各自的 CMD 线分别发送给每个卡。

读操作步骤： 1、发送cmd17 2、接收sd卡发过来的响应r1 3、接收数据起始令牌0XFE 4、接收数据 5、接收2个字节的crc，如果不使用crc，这两个字节在读取后可以丢掉 6、进制片选之后，多发8个clk

写操作步骤： 1、发送cmd24 2、接收卡响应R1 3、发送写数据起始令牌0xFE 4、发送数据 5、发送2字节的伪crc；随便发什么，不起作用的crc，只是为了匹配数据格式 6、禁止片选之后，多发8个CLK

硬件连接： SD_OUT-----SPI2_MISO PB14 SD_CLK------SPI2_CLK PB13 SD_DIN------SPI2_MOSI PB15 SD_CS--------随便

代码细节分析： 1、第一个就是spi选择的模式在SD里头应该怎么设置首先我们来看下已经实现过的代码: void SPI_SetSpeed(u8 SpeedSet) { SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure; if(SpeedSet==SPI_SPEED_HIGH)//高速 { SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High; SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge; SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_2; SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;

SPI_Init(SPI2, &SPI_InitStructure); /* SPI2 enable */ SPI_Cmd(SPI2, ENABLE); } else//低速 { SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High; SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge; SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256; SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;

SPI_Init(SPI2, &SPI_InitStructure);
/* SPI2 enable */
SPI_Cmd(SPI2, ENABLE);

} } 接下来的问题是
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High; SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge; 为什么是这个选项？ CPOL被置’1’，SCK引脚在空闲状态保持高电平 CPHA(时钟相位)位被置’1’，SCK时钟的第二个边沿，CPOL位为’1’时就是上升沿 SD 卡的Bus Timing如下：看到时序图就比较直观的能看到CPOL和CPHA的取值。（具体怎么看可查看“详解spi中的极性CPOL和相位CPHA”） 2、SD卡发送命令的格式 /*******************************************************************************

Function Name : SD_SendCommand
Description : 向SD卡发送一个命令
Input : u8 cmd 命令
```
             u32 arg  命令参数
```
```
             u8 crc   crc校验值
```
Output : None
Return : u8 r1 SD卡返回的响应 ******************************************************************************/ u8 SD_SendCommand(u8 cmd, u32 arg,u8 crc) { unsigned char r1; unsigned int Retry = 0;

SD_CS_DISABLE(); SPI_ReadWriteByte(0xff);//提高兼容性，如果没有这里，有些SD卡可能不支持 SD_CS_ENABLE();//片选端置低，选中SD卡

/* 发送命令序列 */ SPI_ReadWriteByte(cmd | 0x40); //0100 0000
SPI_ReadWriteByte((u8)(arg >> 24));//参数[31..24] SPI_ReadWriteByte((u8)(arg >> 16));//参数[23..16] SPI_ReadWriteByte((u8)(arg >> 8));//参数[15..8] SPI_ReadWriteByte((u8)arg); //参数[7..0] SPI_ReadWriteByte(crc);

//等待响应，或超时退出 while((r1 = SPI_ReadWriteByte(0xFF))==0xFF) { Retry++; if(Retry > 800)break; //根据实验测得，最好重试次数多点 }
//关闭片选 SD_CS_DISABLE(); //在总线上额外增加8个时钟，让SD卡完成剩下的工作 SPI_ReadWriteByte(0xFF);

//返回状态值 return r1; } 比如：SD_SendCommand(CMD0, 0,0x95); //发送CMD0，让SD卡进入IDLE状态问一：那CMD0是什么？答：头文件里有定义 #define CMD0 0 //卡复位 (应答格式：R1) 问二：为什么（cmd | 0x40）？答：因为SD卡的指令由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，为二进制10000即0x10，完整的CMD16，第一个字节为01010000，即0x10+0x40）问三：返回值为什么是0xFF（while((r1==SPI_ReadWriteByte(0xFF))==0xFF)）？首先我们得知道返回值得格式是什么？接下来就是为什么要发送0xFF？答：这不是一个指令，而是用于维持MOSI的电平，SPI_ReadWriteByte(0xFF)启动传输，这里其实就是发送8个时钟给从设备，而MOSI一直维持高电平，当然也可以维持低电平，写0x00也可以，不过通常做法就是维持高电平。

这里又出现新的问题，返回值和响应的区别是什么？答案见下面回到问题三，为什么发送0xFF，同步收到的也是0xFF呢，这里网上有人说是因为，没有返回正确的值得时候，返回0xFF是报错的一种返回。这里不能准确判定，暂时这么理解。

讲完了怎么发命令下面我们看下，怎么去初始化sd卡 3、初始化SD卡 1）首先拉低cs pin SD_CS_ENABLE(); 2）
// 纯延时，等待SD卡上电完成 for(i=0;i<0xf00;i++);

//先产生至少74个脉冲，让SD卡自己初始化完成 for(i=0;i<10;i++) { SPI_ReadWriteByte(0xFF);//80clks } 3）//-----------------SD卡复位到idle开始----------------- //循环连续发送CMD0，直到SD卡返回0x01,进入IDLE状态 //超时则直接退出 retry = 0; do {
r1 = SD_SendCommand(CMD0, 0,0x95);//发送CMD0，让SD卡进入IDLE状态 retry++; }while((r1 != 0x01) && (retry<200)); //跳出循环后，检查原因：初始化成功？or 重试超时？ if(retry==200) return 1; //超时返回1 注：这里我们得知道一些命令和校验码 CMD0 : 0x40,0x00,0x00,0x00,0x00,0x95 CMD8 : 0x48,0x00,0x00,0x01,0xaa,0x87 CMD55:0x77,0x00,0x00,0x00,0x00,0xff 其中：0x77=0x40+0x37 ACMD41：0x69,0x40,0x00,0x00,0x00,0xff CMD58: 0x7a,0x00,0x00,0x00,0x00,0xff

4）获取卡片的SD版本信息步骤1：如何获取？ r1 = SD_SendCommand_NoDeassert(CMD8, 0x1aa,0x87);
然后判断返回值步骤2：如果卡片版本信息是v1.0版本的，即r1=0x05，则进行以下初始化 //设置卡类型为SDV1.0，如果后面检测到为MMC卡，再修改为MMC SD_Type = SD_TYPE_V1;
//如果是V1.0卡，CMD8指令后没有后续数据 //片选置高，结束本次命令 SD_CS_DISABLE(); //多发8个CLK，让SD结束后续操作 SPI_ReadWriteByte(0xFF);

步骤3：//-----------------SD卡、MMC卡初始化开始----------------- //发卡初始化指令CMD55+ACMD41 // 如果有应答，说明是SD卡，且初始化完成 // 没有回应，说明是MMC卡，额外进行相应初始化 do { //先发CMD55，应返回0x01；否则出错 r1 = SD_SendCommand(CMD55, 0, 0); if(r1 != 0x01) return r1;
//得到正确响应后，发ACMD41，应得到返回值0x00，否则重试400次 r1 = SD_SendCommand(ACMD41, 0, 0); retry++; }while((r1!=0x00) && (retry<400)); // 判断是超时还是得到正确回应 // 若有回应：是SD卡；没有回应：是MMC卡

CMD55指令是用来切换到试用ACMD指令的步骤4：这里是初始化mmc，不是mmc卡就不用管该步骤 //----------MMC卡额外初始化操作开始------------ if(retry==400) { retry = 0; //发送MMC卡初始化命令（没有测试） do { r1 = SD_SendCommand(CMD1, 0, 0); retry++; }while((r1!=0x00)&& (retry<400)); if(retry==400)return 1; //MMC卡初始化超时
//写入卡类型 SD_Type = SD_TYPE_MMC; } //----------MMC卡额外初始化操作结束------------
//设置SPI为高速模式 SPI_SetSpeed(SPI_SPEED_HIGH);
SPI_ReadWriteByte(0xFF);

 //禁止CRC校验	   
 r1 = SD_SendCommand(CMD59, 0, 0x95);
 if(r1 != 0x00)return r1;  //命令错误，返回r1   	   
 //设置Sector Size
 r1 = SD_SendCommand(CMD16, 512, 0x95);
 if(r1 != 0x00)return r1;//命令错误，返回r1		 
 //-----------------SD卡、MMC卡初始化结束-----------------

步骤5： //下面是V2.0卡的初始化 //其中需要读取OCR数据，判断是SD2.0还是SD2.0HC卡步骤1的 r1 = SD_SendCommand_NoDeassert(CMD8, 0x1aa,0x87);
如果得到的是0x01 else if(r1 == 0x01) { //V2.0的卡，CMD8命令后会传回4字节的数据，要跳过再结束本命令 buff[0] = SPI_ReadWriteByte(0xFF); //should be 0x00 buff[1] = SPI_ReadWriteByte(0xFF); //should be 0x00 buff[2] = SPI_ReadWriteByte(0xFF); //should be 0x01 buff[3] = SPI_ReadWriteByte(0xFF); //should be 0xAA
SD_CS_DISABLE();
SPI_ReadWriteByte(0xFF);//the next 8 clocks //判断该卡是否支持2.7V-3.6V的电压范围 //if(buff[2]==0x01 && buff[3]==0xAA) //如不判断，让其支持的卡更多 // {
retry = 0; //发卡初始化指令CMD55+ACMD41 do { r1 = SD_SendCommand(CMD55, 0, 0); if(r1!=0x01)return r1;
r1 = SD_SendCommand(ACMD41, 0x40000000, 1); if(retry>200)return r1; //超时则返回r1状态
}while(r1!=0);
//初始化指令发送完成，接下来获取OCR信息
//-----------鉴别SD2.0卡版本开始----------- r1 = SD_SendCommand_NoDeassert(CMD58, 0, 0); if(r1!=0x00)return r1; //如果命令没有返回正确应答，直接退出，返回应答 //读OCR指令发出后，紧接着是4字节的OCR信息 buff[0] = SPI_ReadWriteByte(0xFF); buff[1] = SPI_ReadWriteByte(0xFF); buff[2] = SPI_ReadWriteByte(0xFF); buff[3] = SPI_ReadWriteByte(0xFF);

   //OCR接收完成，片选置高
   SD_CS_DISABLE();
   SPI_ReadWriteByte(0xFF);

   //检查接收到的OCR中的bit30位（CCS），确定其为SD2.0还是SDHC
   //如果CCS=1：SDHC   CCS=0：SD2.0
   if(buff[0]&0x40)SD_Type = SD_TYPE_V2HC;    //检查CCS	 
   else SD_Type = SD_TYPE_V2;

//-----------鉴别SD2.0卡版本结束----------- //设置SPI为高速模式 SPI_SetSpeed(1);
// }
} 首先我们得知道CMD8返回的值是个什么样的值问题一：为什么发送CMD8，程序里只接收8个字节呢？难道只返回了8个字节（32位么）？答：不是这样的，这里我们顺便也可以回答，上面的一个问题，就是说返回和响应到底是什么关系？其实返回就是响应中的一部分，因为返回就是响应的高8位的那几位。这里我们看下R7 8+32+8=48 前面的8就是返回值，又是这张图后面+8的就是CRC和最后一个1的意思分析32位： //should be 0x00 0000 0000 //should be 0x00 0000 0000 //should be 0x01 0000 0001 //should be 0xAA 1010 1010 高位开始排： 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1010 1010这样就对上了

问题2： r1 = SD_SendCommand_NoDeassert(CMD58, 0, 0);这条CMD58是保留命令，发这个58是什么意思呢？其实cmd58是读取OCR的讯息返回是R3格式补充：cmd59 是设置crc校验的使能与关闭返回的是R1格式 OCR是寄存器，还有那些寄存器？

问题3： if(buff[0]&0x40)SD_Type = SD_TYPE_V2HC; //检查CCS else SD_Type = SD_TYPE_V2;
为什么要与上0x40呢？答： buff[0]是8位，0x40是0100 0000 指向的就是OCR的第30位，就是CCS 到此初始化完毕！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！