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SD卡在SPI模式下的初始化和详细的代码分析

时间:2019-01-10 11:28:09      阅读:188      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:传输   根据   cto   its   1.0   实现   详解   lines   color   

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)
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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
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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
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SD 卡的Bus Timing如下:
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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状态技术分享图片
    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)
    技术分享图片
    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?
    技术分享图片
    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
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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
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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
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8+32+8=48
前面的8就是返回值,又是这张图
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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?
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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
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到此初始化完毕!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

SD卡在SPI模式下的初始化和详细的代码分析

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原文地址:http://blog.51cto.com/11372477/2340965

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