Micro SD 卡（TF卡） spi 模式实现方法

ming1006

     现在我们手机的内存卡多为Micro SD卡，又叫TF卡，所以Micro SD卡比SD卡常见。自己曾经也想写写SD卡的读取程序，但又不想特地再去买个SD卡，这时想起手机内存卡不是和SD卡很像吗？在网上查了以后发现SD卡和Micro SD卡其实也就大小和引脚不一样，它们的操作其实是一样的，所以网上的SD卡读写代码其实可以直接拿来用。关于SD卡和Micro SD卡的引脚定义和不同可见下两表：



    我们可以发现Micro SD卡只有8个引脚是因为比SD卡少了一个Vss。当然你也可以买个卡套套在Micro SD卡上，这样一来大小就和SD卡一样大，这时候卡套上的9个引脚就和SD卡一样了，你可以完全当做SD卡来操作。
    spi下电路的连接非常简单，接上电源线Vdd和地线Vss，再接上spi的CS，SCLK，DI（MOSI）和DO（MISO）就可以了，其他引脚可以放空。注意SD卡的电源和操作电压都为2.7-3.6V，5V的单片机要进行电平转换或串电阻限流。还有记得SD卡的CS，SCLKh和DI要用10~100K的电阻上拉。我是套了卡套接的电路，因为Micro SD卡的引脚太密了，不好焊接，SD卡相对引脚好焊。因为没有卡座，而且也没专门的PCB我就直接焊到卡套上，诶牺牲了一个卡套。下面是我自己画的电路图：


    上面Micro SD卡的硬件电路就好了，下面我们讲讲Micro SD卡的软件驱动和指令集。
SD卡的命令格式如下，6字节共48位，传输时最高位(MSB)先传输：


    SD卡的command（命令）占6 bit，一般叫CMDx或ACMDx，比如CMD1就是1，CMD13就是13，ACMD41就是41，依此类推。Command Argument（命令参数）占4 byte，并不是所有命令都有参数，没有参数的话该位一般就用置0。最后一个字节由7 bit CRC校验位和1 bit停止位组成。在SPI模式下，CRC是被忽略的，可以都置1或置0.但是发送CMD0时要记得加上CRC，即最后1字节为0x95（因为发送CMD0时还未进入SPI模式，PS：CMD8也要，但一般大家都把发送CMD8省略了）。
    每次发送完一次命令后，SD卡都会有回应。SD卡的回应有多种格式，1字节的R1，2字节的R2等，不过一般在SPI模式中我们只用到R1，下面介绍R1的格式：



    关于SD卡SPI和command的发送要注意以下几点：
    1.SD卡的SPI总线，在读入数据时SD卡的SPI是CLK的上升沿输入锁存，输出数据也是在上升沿。
    2.向SD卡写入一个CMD或者ACMD指令的过程是这样的： 首先使CS为低电平，SD卡使能；其次在SD卡的Din写入指令；写入指令后还要附加8个填充时钟，是SD卡完成内部操作；之后在SD卡的Dout上接受回应；回应接受完毕使CS为低电平，再附加8个填充时钟。
    3.在SD卡的Din没有数据写入时，应使Din保持高电平。关于这一点我可吃透了苦头，本来也记得要保持高电平的，结果不知怎的鬼使神差的置0拉低了。结果程序出现了各种奇怪的貌似偶然的错误，比如连续两次复位会有一次失败，单步调试成功全速运行又会失败。总之在这个过程中我对时序进行各种改变，每次解决一个问题后又会有新的问题出现，多少次动摇了我对MicroSD卡和SD卡的操作是一样的这个看法。因为这个低级的错误耽误了我三四天，看来细心很重要啊！我已经不止一次因为不细心浪费大量时间了，希望大家也引以为戒。


好了，现在SD卡的命令和回应清楚了，我们下面讲讲SD卡的复位，初始化和读写方法。


复位方法：
1.拉高CS，发送至少74个clk周期来使SD卡达到正常工作电压和进行同步
2.选低CS，发送CMD0，需要收到回应0x01表示成功进入idle状态
3.拉高CS，发送8个时钟
复位时序图：


    初始化：
    复位成功后，SD卡就进入了SPI模式，接着应该进行初始化。初始化说白了有两种方法：（1）发送CMD1，（2）发送CMD55+ACMD41。我从网上查的资料可以看到这种说法：如果是MMC卡就发CMD1，SD卡则发CMD55+ACMD41。但是关于Micro SD卡要发哪种却讲的不太清楚，网上用这两种方法都有人成功过，但有的都成功不了。我自己也碰到了这种问题，刚开始拿了自己手机上的写着Nokia的2GB的Micro SD卡（应该是杂牌的）初始化了两天也没成功，快要放弃的时候想起来为什么不换张试试呢，于是就找室友借了他的手机内存卡，是2GB的Apacer的Micro SD卡（当然也可能是杂牌的，室友买那卡的地方一般都是卖各种廉价电子产品的，大家都知道是杂牌的），结果一试就成功了。后来我用了令一种方法发现也可以初始化，也就是说两种方法都可以初始化成功。但我的那种怎么就不行呢？难道不是所有Micro SD卡都支持SPI模式。我在网上百度了半天也不能确定是不是所有Micro SD卡都支持SPI模式。但我想，现在Micro SD卡的生产公司很多，而且你也并不能保证你的Micro SD卡不是杂牌的。你并不知道生产厂家进行了那些改变，因为确实有些厂家生产的SD卡精简了一些命令。所以初始化的时候建议两种都试一下，不过我记得SD卡的说明书上推荐使用第二种方法。


    下面是初始化方法：
    （1）使用CMD1
    发送CMD1，收到0x00表示成功
    时序图如下：


    （2）使用CMD55+ACMD41
    1.发送CMD55（表示使用ACMDx类命令），收到0x01
    2.发送ACMD41，收到0x00表示成功
    记住SD卡的初始化速度不能大于400kHz，所以一开始复位和初始化时spi的速率要设置低一点。


    读单块和多块：
    SD卡读单块和多块的命令分别为CMD17和CMD18，他们的参数即要读的区域的开始地址。因为考虑到一般SD卡的读写要求地址对齐，所以一般我们都将地址转为块，并以扇区（块）（512Byte）为单位进行读写，比如读扇区0参数就为0，读扇区1参数就为1<<9(即地址512），读扇区2参数就为2<<9(即地址1024），依此类推。


    读单块方法：
    1.发送CMD17，收到0x00表示成功
    2.连续读直到读到开始字节0xFE
    3.读512个字节
    4.读两个CRC字节
    读单块时序图：


    读多块方法：
    1.发送CMD18读，收到0x00表示成功
    2.连续读直到读到开始字节0xFE
    3.读512字节
    4.读两个CRC字节
    5.如果还想读下一扇区，重复2-4
    6.发送CMD12来停止读多块操作


    写单块和多块：
    SD卡用CMD24和CMD25来写单块和多块，参数的定义和读操作是一样的。


    写单块方法：
    1.发送CMD24，收到0x00表示成功
    2.发送若干时钟
    3.发送写单块开始字节0xFE
    4.发送512个字节数据
    5.发送2字节CRC（可以均为0xff）
    6.连续读直到读到XXX00101表示数据写入成功
    7.继续读进行忙检测（读到0x00表示SD卡正忙），当读到0xff表示写操作完成
    写单块时序图：


    写多块方法：
    1.发送CMD25，收到0x00表示成功
    2.发送若干时钟
    3.发送写多块开始字节0xFC
    4.发送512字节数据
    5.发送两个CRC（可以均为0xff）
    6.连续读直到读到XXX00101表示数据写入成功

    7.继续读进行忙检测，直到读到0xFF表示写操作完成
    8.如果想读下一扇区重复2-7步骤
    9.发送写多块停止字节0xFD来停止写操作
    10.进行忙检测直到读到0xFF


    上面介绍了Micro SD卡的硬件连接，复位、初始化、读写单块和多块的实现方法，其实你还可以读取SD卡ID，给SD卡命名，设置密码，改变一次读写的大小，这里就不多介绍，大家可以自己看SD卡的官方资料。

ming1006

这是之前自己写MicroSD卡驱动程序时在CSDN博客上发表的一篇文章，感觉写得还可以，看得人也比较多，于是在这里再和大家分享了

小菜儿

非常好！！！鼎力支持

西门吹猫

支持一下，写的不错！

kk5290122

好样的………………

ming1006

kk5290122 发表于 2013-8-3 21:50
好样的………………

谢谢啦！！

不要昵称行不行

谢谢分享，楼主好人啊

firewire

如果MCU有SDIO接口，还是用SDIO较好，访问大文件时响应速度快多了。

ming1006

firewire 发表于 2013-8-12 20:31
如果MCU有SDIO接口，还是用SDIO较好，访问大文件时响应速度快多了。

SDIO接口，刚才百度了下，貌似是在SD接口上发展的一种接口，好像目前使用的MCU都没有SDIO接口，是不是在高档MCU上有呢

物我两相忘

这还只是个入门，离实用还有点距离。关于卡的兼容性就没有考虑。