RISC-V MCU開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn) (二)：SD初應(yīng)用

ID:809235 · 發(fā)表于 2021-10-27 14:35

軟件平臺(tái)： MounRiver Studio(MRS)，硬件平臺(tái)：CH32V103開(kāi)發(fā)板，以及一張小于32G SD卡。

1、SD卡簡(jiǎn)介

SD存儲(chǔ)卡( Secure Digital Memory Card)是一種基于半導(dǎo)體快閃存儲(chǔ)器的新一代高速存儲(chǔ)設(shè)備。SD存儲(chǔ)卡的技術(shù)是從MMC卡( MultiMedia Card格式上發(fā)展而來(lái)，在兼容SD存儲(chǔ)卡基礎(chǔ)上發(fā)展了SDIO( SD Input/ Output)卡，此兼容性包括機(jī)械，電子，電力，信號(hào)和軟件，通常將SD、SDIO卡俗稱SD存儲(chǔ)卡。

SD卡具有高記憶容量、快速數(shù)據(jù)傳輸率、極大的移動(dòng)靈活性以及很好的安全性，它被廣泛地應(yīng)用于便攜式裝置上，例如數(shù)碼相機(jī)、平板電腦和多媒體播放器等。根據(jù)SD卡容量大小不同，可將SD卡分為以下幾類：
0~2G：SD卡；2~32G：SDHC卡；32~2T：SDXC卡；

其中，SD卡協(xié)議和SDHC卡版本協(xié)議基本兼容，但SDXC卡與SD卡和SDHC卡相差較大，本文主要介紹使用SD卡和SDHC卡。
控制器對(duì)SD卡進(jìn)行讀寫通信操作一般有兩種通信接口可選，一種是SPI接口，另外一種是SDIO接口。 SPI協(xié)議驅(qū)動(dòng)SD卡方式相較于SDIO驅(qū)動(dòng)SD卡方式，使用引腳資源少，控制程序相對(duì)較為簡(jiǎn)單，但傳輸速度不如使用SDIO接口的快。由于CH32V103開(kāi)發(fā)板上SD卡槽與芯片引腳的連接方式為SPI驅(qū)動(dòng)方式，因此本文采用SPI協(xié)議驅(qū)動(dòng)SD卡方式。

使用SPI方式驅(qū)動(dòng)SD卡需要用到以下幾個(gè)寄存器：
①　CID：卡識(shí)別號(hào)（Card identification number），用來(lái)識(shí)別卡的唯一的個(gè)體號(hào)碼；
②　CSD：卡的特定數(shù)據(jù)（Card Specific Data），指卡的操作條件信息；
③　SCR：SD配置寄存器（SD Configuration Register），SD卡特殊性信息；
④　OCR：操作條件寄存器（Operation conditions register）
關(guān)于SD卡其他寄存器信息，可參考SD 簡(jiǎn)易規(guī)格文件《 Physical Layer Simplified Specification V2.0》。
關(guān)于SD命令格式，固定為48bit，通過(guò)命令線（CMD）連續(xù)傳輸，其具體命令格式以及命令解釋如下：

起始位和終止位：命令的主體包含在起始位與終止位之間，它們都只包含一個(gè)數(shù)據(jù)位，起始位為0，終止位為1。
傳輸標(biāo)志：用于區(qū)分傳輸方向，該位為1時(shí)表示命令，方向?yàn)橹鳈C(jī)傳輸?shù)絊D卡，該位為0時(shí)表示響應(yīng)，方向?yàn)镾D卡傳輸?shù)街鳈C(jī)。
命令主體內(nèi)容包括命令、地址信息/參數(shù)和 CRC 校驗(yàn)三個(gè)部分。
1)命令號(hào)：它固定占用6bit，所以總共有64個(gè)命令(代號(hào)： CMD0~CMD63)，每個(gè)命令都有特定的用途，部分命令不適用于SPI總線，或不適用于SD卡操作，只是專門用于MMC卡或者SDI/O卡。
2)地址/參數(shù)：每個(gè)命令有32bit地址信息/參數(shù)用于命令附加內(nèi)容，例如，廣播命令沒(méi)有地址信息，這32bit用于指定參數(shù)，而尋址命令這32bit用于指定目標(biāo)SD卡的地址，使用SPI總線驅(qū)動(dòng)時(shí)，通過(guò)片選引腳來(lái)選擇不同的卡，所以使用這些命令時(shí)地址可填充任意值。
3)CRC7校驗(yàn)：長(zhǎng)度為7bit的校驗(yàn)位用于驗(yàn)證命令傳輸內(nèi)容正確性，如果發(fā)生外部干擾導(dǎo)致傳輸數(shù)據(jù)個(gè)別位狀態(tài)改變將導(dǎo)致校準(zhǔn)失敗，也意味著命令傳輸失敗，SD卡不執(zhí)行命令。使用SPI驅(qū)動(dòng)時(shí)，命令中的CRC7校驗(yàn)?zāi)J(rèn)是關(guān)閉的，即這CRC7校驗(yàn)位中可以寫入任意值而不影響通訊，僅在發(fā)送CMD0命令時(shí)需要強(qiáng)制帶標(biāo)準(zhǔn)的CRC7校驗(yàn)。
SPI模式下有以下幾個(gè)重要的操作指令：

SD卡R1響應(yīng)格式如下：

關(guān)于SD卡具體信息，可參考《 Physical Layer Simplified Specification V2.0》。
2、MRS中開(kāi)發(fā)流程
1）首先新建一個(gè)CH32V103C8T6 的工程，這個(gè)要與對(duì)應(yīng)芯片對(duì)應(yīng)

上圖最下方紅框中是對(duì)選中芯片的資源的簡(jiǎn)單介紹，方便查詢

2) 新建完工程之后，我們打開(kāi)main.c文件，可以看到主函數(shù)只是一些初始化和串口打印，我們自己的主函數(shù)邏輯可以添加在打印下面就可以了；
3) 新建一個(gè)hardware的文件夾，右鍵工程new->folder,填寫文件名，點(diǎn)擊finish即可，我們可以以同樣的方式在hardware目錄下再新建SD目錄，SPI目錄，條理清晰。
4) 在SPI目錄下，New>Source File，填寫文件名spi.c，內(nèi)容是SPI初始化函數(shù)以及讀寫函數(shù)，在新建個(gè)spi.h文件用來(lái)聲明函數(shù)，這個(gè)新的頭文件需要添加到頭文件尋址路徑中，點(diǎn)擊菜單欄工程屬性頁(yè)按鈕，在彈出的頁(yè)面中，如下圖，點(diǎn)擊綠色加號(hào)添加路徑即可

部分代碼截圖如下，有詳細(xì)注釋，不再贅述

5) 在 SD目錄下新建sd.c ,sd.h,添加頭文件路徑方式與上條一致，sd.h文件主要包括各種宏定義及函數(shù)聲明，包括SD卡類型定義、SD卡指令定義等以及函數(shù)聲明；
sd.c文件主要進(jìn)行SD初始化等操作，關(guān)于SD卡初始化函數(shù)SD_Initialize，其具體操作流程如下：
（1）調(diào)用SD_SPI_Init函數(shù)初始化GPIO口及SPI工作模式，同時(shí)控制片選引腳使之輸出高電平；
（2）利用for循環(huán)并調(diào)用SD_SPI_ReadWriteByte函數(shù)進(jìn)行10讀寫操作，，同時(shí)產(chǎn)生80個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，滿足SD卡初始化至少需要74個(gè)時(shí)鐘的要求；
（3）調(diào)用SD_SendCmd函數(shù)發(fā)送CMD0命令，復(fù)位SD卡同時(shí)進(jìn)入空閑狀態(tài)；
（4）調(diào)用SD_SendCmd函數(shù)發(fā)送相關(guān)命令對(duì)SD卡版本類型進(jìn)行判斷，同時(shí)返回響應(yīng)信息。
關(guān)于sd.c文件中其他函數(shù)，程序中都有相應(yīng)注釋，可結(jié)合注釋以及《 Physical Layer Simplified Specification V2.0》手冊(cè)進(jìn)行理解。

部分代碼如下：

6) main.c文件主要進(jìn)行相關(guān)函數(shù)初始化以及SD卡插入檢測(cè)、初始化檢測(cè)以及讀取SD卡容量大小

7) 在工具欄中點(diǎn)擊編譯按鈕，進(jìn)行編譯，生成二進(jìn)制文件，開(kāi)發(fā)環(huán)節(jié)結(jié)束
3、驗(yàn)證
點(diǎn)擊菜單欄下載按鈕，進(jìn)行下載，插入SD卡，從串口助手可以看到輸出正常

ID:955654 · 發(fā)表于 2022-4-27 16:18

您好，請(qǐng)問(wèn)有完整的源碼嗎

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