NIOS2随笔——SD卡之SPI操作

简介:

1. 概述

SD卡(Secure Digital Memory Card),基于MMC发展而来,被广泛应用于数码产品中。

SD卡可分为3类:SD卡(0~2G)、SDHC卡(2~32G)、SDXC卡(32G~2T)。

SD卡有9个PIN,支持SPI和SDIO模式:

PIN
1 2 3 4 5 6 7 8 9
SDIO CD/DAT3 CMD VSS VCC CLK VSS DAT0 DAT1 DAT2
SPI CS MOSI VSS VCC CLK VSS MISO NC NC

2. SD初始化

这里介绍SD卡在SPI模式下的初始化流程。

wKiom1gTT_Dj3YRIAAHy1OQV1Co091.jpg

在SD卡进入SPI模式后,至少发送74个时钟后才能发送CMD0命令,且时钟周期不能大于400KHz。

SD卡有6类响应:R1/R1b/R2/R3/R6/R7。

在发送ACMD命令前,要先发CMD55命令。

关于具体命令格式和响应内容可参看"SD Specifications Part 1 Physical Layer Simplified Specification"


3. SPI读写操作

SD 单块读 

(1) 发送 CMD17(收到 0x00 表示发送成功) 

(2) 连续读取直到读到 0xFE 

(3) 读一个 BLOCK 

(4) 读 2 字节 CRC 

SD 卡多块读 

(1) 发送 CMD18(收到 0x00 表示发送成功) 

(2) 连续读取直到读到 0xFE 

(3) 读一个 BLOCK 

(4) 读 2 字节 CRC 

(5) 重复(2)-(4) 

(6) 发送 CMD12 停止 

SD 卡单块写 

(1) 发送 CMD24(收到 0x00 表示发送成功) 

(2) 发送若干时钟 

(3) 发送开始标志 0xFE 

(4) 发送一个 BLOCK 

(5) 发送两个字节的 CRC 

(6) 连续读直到 xxx0_0101 表示写入成功 

(7) 连续读忙检测,直到 0xFF 完成 

SD 卡单块写 

(1) 发送 CMD25(收到 0x00 表示发送成功) 

(2) 发送若干时钟 

(3) 发送开始标志 0xFC 

(4) 发送一个 BLOCK 

(5) 发送两个字节的 CRC 

(6) 连续读直到 xxx0_0101 表示写入成功 

(7) 重复(2)-(6) 

(8) 发送 0xFD 停止写操作 

(9) 连续读忙检测,直到 0xFF 完成


4.搭建QSYS系统

选择NIOS2处理器,这里选择快速型的32位处理器。

wKioL1gTbDjjC8t7AAD3Kvd1-I4337.jpg

添加内存、串口、GPIO模块,这里用GPIO模拟SPI接口。

wKiom1gTbLrgLQNRAAFcaoFNfX8278.jpg


5. SPI驱动程序

用GPIO模拟SPI接口,设置SPI_CS、SPI_SCLK、SPI_MOSI为输出,SPI_MISO为输入。

SPI时序采用CPOL=1,CPHA=1(Format B),如下图:

wKiom1gTb2DyjVYKAAC1h7uUSMg793.jpg

驱动代码如下:

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#include <io.h>
 
#define u8  unsigned char
#define u32 unsigned int
 
#define SD_CS_SET  (IOWR(SPI_CS_BASE,0,1))
#define SD_CS_CLR  (IOWR(SPI_CS_BASE,0,0))
 
#define SD_SCLK_SET (IOWR(SPI_SCLK_BASE,0,1))
#define SD_SCLK_CLR (IOWR(SPI_SCLK_BASE,0,0))
 
#define SD_SDI_HIGH (IORD(SPI_MISO_BASE,0)==1)
#define SD_SDI_LOW  (IORD(SPI_MISO_BASE,0)==0)
 
#define SD_SDO_SET (IOWR(SPI_MOSI_BASE,0,1))
#define SD_SDO_CLR (IOWR(SPI_MOSI_BASE,0,0))
 
 
u8  SD_Type=0;
u32 cyc=64;
 
//SD卡初始化的时候,需要低速
void  SD_SPI_SpeedLow( void ){
     cyc = 512;
}
//SD卡正常工作的时候,可以高速了
void  SD_SPI_SpeedHigh( void ){
    cyc = 8;
}
 
void  delay( void ){
     u32 i;
     for (i=0;i<cyc;i++);
}
 
u8 SpiRead( void ){
     u8 i;
     u8 data=0;
 
     SD_SCLK_SET;
     //read data
     for (i=0;i<8;i++){
         SD_SCLK_CLR;
         delay();
         SD_SCLK_SET;
         if (SD_SDI_HIGH)
             data = data | 0x0001;
         delay();
         if (i<7)
             data = data << 0x0001;
     }
     SD_SCLK_SET;
     return  data;
 
}
 
u8 SpiWrite(u8 data){
     u8 i;
 
     SD_SCLK_SET;
     //send data
     for (i=0;i<8;i++){
         SD_SCLK_CLR;
         IOWR(SPI_MOSI_BASE,0,(data<<i)>>7);
         delay();
         SD_SCLK_SET;
         delay();
     }
     SD_SCLK_SET;
     return  0;
}


6. SD初始化与读写程序

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//取消选择,释放SPI总线
void  SD_DisSelect( void )
{
     SD_CS_SET;
     SpiWrite(0xff); //提供额外的8个时钟
}
//选择sd卡,并且等待卡准备OK
//返回值:0,成功;1,失败;
u8 SD_Select( void )
{
     SD_CS_CLR;
     if (SD_WaitReady()==0) return  0; //等待成功
     SD_DisSelect();
     return  1; //等待失败
}
//等待卡准备好
//返回值:0,准备好了;其他,错误代码
u8 SD_WaitReady( void )
{
     u32 t=0;
     do
     {
         if (SpiRead()==0XFF) return  0; //OK
         t++;
     } while (t<0XFFFFFF); //等待
     return  1;
}
//等待SD卡回应
//Response:要得到的回应值
//返回值:0,成功得到了该回应值
//    其他,得到回应值失败
u8 SD_GetResponse(u8 Response)
{
     u16 Count=0xFFFF; //等待次数
     while  ((SpiRead()!=Response)&&Count)
         Count--; //等待得到准确的回应
     if  (Count==0)
         return  MSD_RESPONSE_FAILURE; //得到回应失败
     else
         return  MSD_RESPONSE_NO_ERROR; //正确回应
}
//从sd卡读取一个数据包的内容
//buf:数据缓存区
//len:要读取的数据长度.
//返回值:0,成功;其他,失败;
u8 SD_RecvData(u8*buf,u16 len)
{
     if (SD_GetResponse(0xFE)) return  1; //等待SD卡发回数据起始令牌0xFE
     while (len--) //开始接收数据
     {
         *buf=SpiRead();
         buf++;
     }
     //下面是2个伪CRC(dummy CRC)
     SpiWrite(0xFF);
     SpiWrite(0xFF);
     return  0; //读取成功
}
//向sd卡写入一个数据包的内容 512字节
//buf:数据缓存区
//cmd:指令
//返回值:0,成功;其他,失败;
u8 SD_SendBlock(u8*buf,u8 cmd)
{
     u16 t;
     if (SD_WaitReady()) return  1; //等待准备失效
     SpiWrite(cmd);
     if (cmd!=0XFD) //不是结束指令
     {
         for (t=0;t<512;t++)
             SpiWrite(buf[t]); //提高速度,减少函数传参时间
         SpiWrite(0xFF); //忽略crc
         SpiWrite(0xFF);
         t=SpiRead(); //接收响应
         if ((t&0x1F)!=0x05) return  2; //响应错误
     }
     return  0; //写入成功
}
//向SD卡发送一个命令
//输入: u8 cmd   命令
//      u32 arg  命令参数
//      u8 crc   crc校验值
//返回值:SD卡返回的响应
u8 SD_SendCmd(u8 cmd, u32 arg, u8 crc)
{
     u8 r1;
     u8 Retry=0;
     SD_DisSelect(); //取消上次片选
     if (SD_Select()) return  0XFF; //片选失效
     //发送
     SpiWrite(cmd | 0x40); //分别写入命令
     SpiWrite(arg >> 24);
     SpiWrite(arg >> 16);
     SpiWrite(arg >> 8);
     SpiWrite(arg);
     SpiWrite(crc);
     if (cmd==CMD12)SpiWrite(0xff); //Skip a stuff byte when stop reading
     //等待响应,或超时退出
     Retry=0X1F;
     do
     {
         r1=SpiRead();
     } while ((r1&0X80) && Retry--);
     //返回状态值
     return  r1;
}
//获取SD卡的CID信息,包括制造商信息
//输入: u8 *cid_data(存放CID的内存,至少16Byte)
//返回值:0:NO_ERR
//       1:错误
u8 SD_GetCID(u8 *cid_data)
{
     u8 r1;
     //发CMD10命令,读CID
     r1=SD_SendCmd(CMD10,0,0x01);
     if (r1==0x00)
     {
         r1=SD_RecvData(cid_data,16); //接收16个字节的数据
     }
     SD_DisSelect(); //取消片选
     if (r1)
         return  1;
     else
         return  0;
}
//获取SD卡的CSD信息,包括容量和速度信息
//输入:u8 *cid_data(存放CID的内存,至少16Byte)
//返回值:0:NO_ERR
//       1:错误
u8 SD_GetCSD(u8 *csd_data)
{
     u8 r1;
     r1=SD_SendCmd(CMD9,0,0x01); //发CMD9命令,读CSD
     if (r1==0)
     {
         r1=SD_RecvData(csd_data, 16); //接收16个字节的数据
     }
     SD_DisSelect(); //取消片选
     if (r1)
         return  1;
     else
         return  0;
}
//获取SD卡的总扇区数(扇区数)
//返回值:0: 取容量出错
//       其他:SD卡的容量(扇区数/512字节)
//每扇区的字节数必为512,因为如果不是512,则初始化不能通过.
u32 SD_GetSectorCount( void )
{
     u8 csd[16];
     u32 Capacity;
     u8 n;
     u16 csize;
     //取CSD信息,如果期间出错,返回0
     if (SD_GetCSD(csd)!=0)  return  0;
     //如果为SDHC卡,按照下面方式计算
     if ((csd[0]&0xC0)==0x40)   //V2.00的卡
     {
         csize = csd[9] + ((u16)csd[8] << 8) + 1;
         Capacity = (u32)csize << 10; //得到扇区数
     } else //V1.XX的卡
     {
         n = (csd[5] & 15) + ((csd[10] & 128) >> 7) + ((csd[9] & 3) << 1) + 2;
         csize = (csd[8] >> 6) + ((u16)csd[7] << 2) + ((u16)(csd[6] & 3) << 10) + 1;
         Capacity= (u32)csize << (n - 9); //得到扇区数
     }
     return  Capacity;
}
//初始化SD卡
u8 SD_Initialize( void )
{
     u8 r1;       // 存放SD卡的返回值
     u16 retry;   // 用来进行超时计数
     u8 buf[4];
     u16 i;
 
     SD_SDO_SET;
     SD_SCLK_SET;
     SD_CS_SET;
 
    SD_SPI_SpeedLow();   //设置到低速模式
    for (i=0;i<10;i++)
        SpiWrite(0xFF); //发送最少74个脉冲
 
     retry=20;
     do
     {
         r1=SD_SendCmd(CMD0,0,0x95); //进入IDLE状态
     } while ((r1!=0x01) && retry--);
 
     //log
 
 
    SD_Type=0; //默认无卡
 
     if (r1==0X01)
     {
         if (SD_SendCmd(CMD8,0x1AA,0x87)==1) //SD V2.0
         {
             for (i=0;i<4;i++)
             {
                 buf[i]=SpiRead();    //Get trailing return value of R7 resp
             }
             if (buf[2]==0X01&&buf[3]==0XAA) //2.7~3.6V
             {
                 retry=0XFFFE;
                 do
                 {
                     SD_SendCmd(CMD55,0,0X01);    //
                     r1=SD_SendCmd(CMD41,0x40000000,0X01); //
                 } while (r1&&retry--);
                 if (retry&&SD_SendCmd(CMD58,0,0X01)==0) //
                 {
                     for (i=0;i<4;i++)
                         buf[i]=SpiRead(); //
                     if (buf[0]&0x40)
                         SD_Type=SD_TYPE_V2HC;     //
                     else
                         SD_Type=SD_TYPE_V2;
                 }
             }
         }
         else //SD V1.x/ MMC    V3
         {
             SD_SendCmd(CMD55,0,0X01);        //发送CMD55
             r1=SD_SendCmd(CMD41,0,0X01);     //发送CMD41
             if (r1<=1)
             {
                 SD_Type=SD_TYPE_V1;
                 retry=0XFFFE;
                 do  //等待退出IDLE模式
                 {
                     SD_SendCmd(CMD55,0,0X01);    //发送CMD55
                     r1=SD_SendCmd(CMD41,0,0X01); //发送CMD41
                 } while (r1&&retry--);
             } else
             {
                 SD_Type=SD_TYPE_MMC; //MMC V3
                 retry=0XFFFE;
                 do  //等待退出IDLE模式
                 {
                     r1=SD_SendCmd(CMD1,0,0X01); //发送CMD1
                 } while (r1&&retry--);
             }
             if (retry==0||SD_SendCmd(CMD16,512,0X01)!=0)
                 SD_Type=SD_TYPE_ERR; //错误的卡
         }
     }
 
     SD_DisSelect(); //取消片选
     SD_SPI_SpeedHigh(); //高速
 
     if (SD_Type)
         return  0;
     else  if (r1)
         return  r1;
     return  0xaa; //其他错误
}
//读SD卡
//buf:数据缓存区
//sector:扇区
//cnt:扇区数
//返回值:0,ok;其他,失败.
u8 SD_ReadDisk(u8*buf,u32 sector,u8 cnt)
{
     u8 r1;
     if (SD_Type!=SD_TYPE_V2HC)sector <<= 9; //转换为字节地址
     if (cnt==1)
     {
         r1=SD_SendCmd(CMD17,sector,0X01); //读命令
         if (r1==0) //指令发送成功
         {
             r1=SD_RecvData(buf,512); //接收512个字节
         }
     } else
     {
         r1=SD_SendCmd(CMD18,sector,0X01); //连续读命令
         do
         {
             r1=SD_RecvData(buf,512); //接收512个字节
             buf+=512;
         } while (--cnt && r1==0);
         SD_SendCmd(CMD12,0,0X01);    //发送停止命令
     }
     SD_DisSelect(); //取消片选
     return  r1; //
}
//写SD卡
//buf:数据缓存区
//sector:起始扇区
//cnt:扇区数
//返回值:0,ok;其他,失败.
u8 SD_WriteDisk(u8*buf,u32 sector,u8 cnt)
{
     u8 r1;
     if (SD_Type!=SD_TYPE_V2HC)sector *= 512; //转换为字节地址
     if (cnt==1)
     {
         r1=SD_SendCmd(CMD24,sector,0X01); //读命令
         if (r1==0) //指令发送成功
         {
             r1=SD_SendBlock(buf,0xFE); //写512个字节
         }
     } else
     {
         if (SD_Type!=SD_TYPE_MMC)
         {
             SD_SendCmd(CMD55,0,0X01);
             SD_SendCmd(CMD23,cnt,0X01); //发送指令
         }
        r1=SD_SendCmd(CMD25,sector,0X01); //连续读命令
         if (r1==0)
         {
             do
             {
                 r1=SD_SendBlock(buf,0xFC); //接收512个字节
                 buf+=512;
             } while (--cnt && r1==0);
             r1=SD_SendBlock(0,0xFD); //接收512个字节
         }
     }
     SD_DisSelect(); //取消片选
     return  r1; //
}


7. 测试结果

写入512个循环递增的字节,并将其读出打印在串口终端:

wKioL1gTbr-Rc8NkAAEN7KlQr2Q582.jpg


本文转自 shugenyin 51CTO博客,原文链接:http://blog.51cto.com/shugenyin/1867032


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存储 芯片 内存技术
Jlink使用技巧之读写SPI Flash存储芯片
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1月前
NUC980修改内核支持spi-nand
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8月前
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存储 芯片
STM32速成笔记(十一)—EEPROM(AT24C02)
本文详细介绍了什么是AT24C02,介绍了它的引脚,读/写时序,给出了应用实例和详细的程序设计。最后,简单介绍了AT24C02的应用场景。
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8月前
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存储 物联网 芯片
STM32速成笔记(十四)—串口IAP
本文介绍了什么是IAP,IAP有什么作用,如何实现IAP。最后,给出了IAP的实现程序。
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STM32速成笔记(十四)—串口IAP
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8月前
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存储 芯片 内存技术
STM32速成笔记(十二)—Flash闪存
本文简单介绍了什么是Flash。针对STM32F1的Flash做了详细介绍,介绍了操作Flash的步骤,并且给出了程序设计。最后,介绍了一些注意事项。
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STM32速成笔记(十二)—Flash闪存
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XML 开发工具 数据格式
Hi3516开发笔记(十一):通过HiTools使用网口将uboot、kernel、roofts烧写进eMMC
前面烧写一直时烧写进入flush,是按照分区烧写。定制的板子挂的是eMMC,前面的烧写步骤一致,但是在烧写目标则时烧写eMMC了。重新走一遍从无到有通过网口刷定制板卡的uboot、kernel、rootfs。
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嵌入式linux/鸿蒙开发板(IMX6ULL)开发(二十三)普适的GPIO引脚操作方法
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Linux 芯片
嵌入式linux/鸿蒙开发板(IMX6ULL)开发(二十四)具体单板的GPIO操作方法
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Linux 开发工具 git
嵌入式linux/鸿蒙开发板(IMX6ULL)开发(三十五)具体单板的按键驱动程序(查询方式)
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