基于STC12C5A60S2的SDHC卡的初始化和读写过程

最近学习一了下SD卡的驱动，网上程序的版本很多，使用的MCU和SD卡的型号千奇百怪，学起来反而没有方向，感觉上乱七八糟的，直到现在才知到我们平常说的SD卡实际上有很多中类别。0到2G的SD卡，最普通的卡；2G到32G的SDHC卡，也就是现在最常用的大容量SD卡；还有我没有见过的SDXC卡，容量好像在32G以上。同时还有手机上的TF卡，实际上也是SD卡只不过做工不同而已，MMC卡。学习的时候走了很多弯路，SD卡的官方data sheet感觉上写的相当坑爹，网上的学习资料还是给了很大的帮助，但是由于网上的版本很多，程序流程还是要参考官方相对应的SD卡初始化流程。这两天闲下来，抓紧时间整理一下笔记。

首先说一下我自己使用的卡，它是SanDisk 4G SDHC Card，速度等级为4，算比较快的一种大容量SD卡。MCU选取了STC12C5A60S2，反馈信息的显示采用最常用的1602液晶屏，当然大部分网上的代码使用的是串口。SD卡有两种传输模式，SD模式和SPI模式，SD模式需要4跟数据线，而我们一般都采用SPI模式，也就是常说的串行通信模式，这种方式需要的通信线比较少，一根数据输入D_IN，一根数据输出D_OUT，CS片选线，CLK时钟，此外还有电源3.6V和GND地线，其他的引脚按照说明悬空或者接地即可。

其次，SD卡的初始化过程根据卡的不同有不同的方式，我们按照官方给出的流程来说。关于命令的具体参数和返回值的类型说明放在下一篇笔记中，这里只记录流程。

第一步，首先上电，将CS片选信号拉低，在这个基础上对CLK操作，给SD卡发送至少74个时钟周期，让SD卡完成自身检查和初始化，进入空闲状态(IDLE)。之后，对SD卡发送CMD0使其进入SPI模式。不论你是什么卡，第一步的工作都是相同的，这个时候可以观察一下SD卡从D_OUT线上的返回值，如果是0x01，说明CMD0操作是成功的，此时SD卡还处在IDLE状态。

第二步，发送CMD8这一步新的SD卡和老版本的SD卡是有区别的，CMD8是检测SD卡版本的命令，如果SD卡对此命令不识别，那么说明你的SD卡为老版本的，如果SD卡对CMD8做出了正确的返回值（前提你命令格式要对），则说明你的SD卡的硬件层版本是2.0的，支持大容量储存，也就是SDHC卡。我所使用的卡就是SDHC卡，所以有6个字节的返回值，这个在后面说明。另外要说的一点，我曾经直接跳过了CMD8的发送，直接进行了下一步命令，SD卡返回了错误的信息，没有进入正确的读写准备状态。所以这个命令还是按照官方的建议，发送检测。

第三步，CMD8有了返回值以后，则需要进一步让卡从IDLE状态进入读写就绪的状态，也就是发送ACMD41命令。这里要注意的是，SD卡有两种命令CMD和ACMD，如果直接发送命令，SD卡会将命令默认为CMD，如果你想发送ACMD，则要特殊的说明一下，CMD55就是这个功能，它可以提醒SD卡进行接着CMD55后的下一条命令为ACMD。第三步的操作即首先发送CMD55命令，接收到正常的返回值0X01后接着发送ACMD41，完成卡从IDLE状态到读写状态的初始化进程。如果操作正常，SD卡退出IDLE状态，最后的返回值为0X00，此外任何其他的返回值都是不正常的。

第四步，发送CMD58，读取OCR寄存器，OCR寄存器记录了SD卡可识别的电压范围；SD卡是否支持大容量存储，即SDHC；和SD卡上点状态。发送了CMD58命令后，SD卡的下一组返回值为R1返回值+OCR寄存器的内容。根据datasheet我们可以得到很多信息，上面已经提到，具体的位置手册上很明白。手册上推荐发送这个命令，主要功能是你可以知道你的V2.0SD卡是标准版本的，还是大容量的SD卡，大容量的SD卡读写操作时按照块（512BYTE）进行的，所以读写地址的方法有所不同。判断正常的方法，CMD58的返回值类型为R3 ，即R1类型+OCR寄存器内容，如果一切就绪，那么OCR的最高四位为1100。从这个命令以后，初始化的工作就全部进入了，SD卡进入读写准备状态，接下来就可以任意读取目标地址，对其进行读写操作了。

读写数据的过程：
无论读写数据还是接收发送CMD，我们都会用到两个最基本的函数，一个是read_byte()，即从SD卡的DATA_OUT引脚上读取8bit(1byte)的数据；另一个是write_byte()，向SD卡的DATA_IN引脚写一个字节的数据。命令，数据和返回值都是由多字节组合成的，所以在一个操作中会多次调用这两个基本的函数。如SD_Read_Sector()这个函数的主要功能就是从指定的地址中读取512字节的数据，那我们在发送了读的命令后相应的要调用512次read_byte()函数。

读写函数的时序图：向SD卡写数据时，时钟上升沿时数据有效；从SD卡读数据时，时钟在高电平时，MCU读到的数据有效，根据这个写两个基本函数就没有问题。

/****************************************************************************************
** 函数名称: void write_byte()
** 功能描述: 对SD卡写一个字节的数据
** 输　  入: 要写入的字节
** 输 　 出: 无
****************************************************************************************/
void write_byte( uchar _data)
{uchar i;for(i=0; i<8; i++){SD_CLK_CLR();SD_DAIN = (_data & 0x80);           //位操作必须有与运算以免不必要的错误if(is_init)                          //是否进入高速模式，初始化时低速,is_init=1DelayMs(4);                      //读写数据时高速,is_init=0;_data <<= 1;                        //有的人为了提高速度，会把for循环拆开一句一句写SD_CLK_SET();if(is_init)DelayMs(4);}SD_CLK_CLR();                          //8bit数据传输完后拉低时钟线SD_DAIN_SET();
}/****************************************************************************************
** 函数名称: uchar read_byte()
** 功能描述: 从DATA_OUT线上读取一字节的数据
** 输　  入: 无
** 输 　 出: 读出的一字节数据
****************************************************************************************/
uchar read_byte()
{uchar _data,i;SD_DAOUT_SET();                          //读取前先要拉高数据线for(i=0; i<8; i++){SD_CLK_CLR();if(is_init)   DelayMs(4);SD_CLK_SET();if(is_init)DelayMs(4);_data <<= 1;if(SD_DAOUT == 1){_data = _data | 0x01;}        }SD_CLK_CLR();return _data;
}

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