一、介绍

1.SD 卡

安全数码卡， 它是在 MMC 的基础上发展而来， 是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备。按容量分类，可以将SD 卡分为 3 类： SD 卡、 SDHC 卡、 SDXC 卡。SD卡(SDSC)：0~2G SDHC卡：2~32G SDXC卡：32G~2T

2. SD的通讯模式

• SD 卡模式（通过 SD 总线通信）：允许 4 线的高速数据传输，只能使用 3.3V 的 IO 电平，所以， MCU 一定要能够支持 3.3V 的 IO 端口输出。
• SPI 模式：同 SD 卡模式相比就是丧失了速度，在 SPI 模式下， CS/MOSI/MISO/CLK 都需要加 10~100K 左右的上拉电阻。
  

3.SD引脚定义

二、SD卡驱动介绍

1.SD寄存器介绍

名称	宽度	描述
CID	128	卡识别寄存器
CSD	128	卡描述数据寄存器：卡操作条件相关的信息数据。
OCR	32	操作条件寄存器
RCA	16	相对卡地址寄存器：本地系统中卡的地址，动态变化，在卡的初始化时确定。（SPI模式中没有）
SCR	64	SD配置寄存器：SD卡特定信息数据

2、SD卡识别流程

初始化过程

1. 初始化与 SD 卡连接的硬件条件（MCU 的 SPI 配置， IO 口配置；
2. 上电延时（>74 个 CLK）（因为 SD 卡内部有个供电电压上升时间，大概为 64 个 CLK，剩下的 10 个 CLK 用于 SD 卡同步，之后才能开始 CMD0 的操作）；
3. 复位卡（CMD0），进入 IDLE 状态；
4. 发送 CMD8，检查是否支持 2.0 协议；
5. 根据不同协议检查 SD 卡（命令包括： CMD55、 CMD41、 CMD58 和 CMD1 等）；
6. 取消片选，发多 8 个 CLK（提供 SD 卡额外的时钟，完成某些操作），结束初始化；

3、读写SD卡

SD卡读取数据（CMD17）：

• 发送 CMD17；
• 接收卡响应 R1；
• 接收数据起始令牌 0XFE；
• 接收数据；
• 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。
• 禁止片选之后，发多 8 个 CLK；

SD卡写数据（CMD24）：

• 发送 CMD24;
• 接收卡响应 R1；
• 发送写数据起始令牌 0XFE；
• 发送数据；
• 发送 2 字节的伪 CRC；
• 禁止片选之后，发多 8 个 CLK；

三、SD卡驱动源码

源文件

#include "mmc_sd.h"

uint8_t  SD_Type = 0;//SD卡的类型
uint32_t Capacity = 0; //可用扇区数

移植修改区///
//SPI初始化
void hal_spi_init(void)
{
    

}

/*****************************************************************************
** 描  述：写入一个字节 
** 入  参：Dat：待写入的数据
** 返回值：读出的数据
******************************************************************************/
uint8_t SD_SPI_ReadWriteByte(uint8_t Dat)
{
    
	/**
		根据不同平台进行实现
		****/
}

//取消选择,释放SPI总线
void SD_DisSelect(void)
{
    
    SD_CS_HIGH_HRS();
    SD_SPI_ReadWriteByte(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;
uint8_t SD_Select(void)
{
    
    SD_CS_LOW_HRS();
    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
uint8_t SD_WaitReady(void)
{
    
    uint32_t t=0;
    do
    {
    
        if(SD_SPI_ReadWriteByte(0XFF)==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
uint8_t SD_GetResponse(uint8_t Response)
{
    
    uint16_t Count=0xFFF;//等待次数
    while ((SD_SPI_ReadWriteByte(0XFF)!=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;
uint8_t SD_RecvData(uint8_t*buf,uint16_t 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=SD_SPI_ReadWriteByte(0xFF);
        buf++;
    }
    //下面是2个伪CRC（dummy CRC）
    SD_SPI_ReadWriteByte(0xFF);
    SD_SPI_ReadWriteByte(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;
uint8_t SD_SendBlock(uint8_t*buf,uint8_t cmd)
{
    
    uint16_t t;
    if(SD_WaitReady())return 1;//等待准备失效
    SD_SPI_ReadWriteByte(cmd);
    if(cmd!=0XFD)//不是结束指令
    {
    
        for(t=0; t<512; t++)SD_SPI_ReadWriteByte(buf[t]); //提高速度,减少函数传参时间
        SD_SPI_ReadWriteByte(0xFF);//忽略crc
        SD_SPI_ReadWriteByte(0xFF);
        t=SD_SPI_ReadWriteByte(0xFF);//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: uint8_t cmd   命令
//      uint32_t arg  命令参数
//      uint8_t crc   crc校验值
//返回值:SD卡返回的响应
uint8_t SD_SendCmd(uint8_t cmd, uint32_t arg, uint8_t crc)
{
    
    uint8_t r1;
    uint8_t Retry=0;
    SD_DisSelect();//取消上次片选
    if(SD_Select())return 0XFF;//片选失效
    //发送
    SD_SPI_ReadWriteByte(cmd | 0x40);//分别写入命令
    SD_SPI_ReadWriteByte(arg >> 24);/* Argument[31..24] */
    SD_SPI_ReadWriteByte(arg >> 16);/* Argument[23..16] */
    SD_SPI_ReadWriteByte(arg >> 8);/* Argument[15..8] */
    SD_SPI_ReadWriteByte(arg);      /* Argument[7..0] */
    SD_SPI_ReadWriteByte(crc);
    if(cmd==CMD12)SD_SPI_ReadWriteByte(0xff);//Skip a stuff byte when stop reading
    //等待响应，或超时退出
    Retry=0X1F;
    do
    {
    
        r1=SD_SPI_ReadWriteByte(0xFF);
    }
    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: uint8_t *cid_data(存放CID的内存，至少16Byte）
//返回值:0：NO_ERR
//		 1：错误
uint8_t SD_GetCID(uint8_t *cid_data)
{
    
    uint8_t 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:uint8_t *cid_data(存放CID的内存，至少16Byte）
//返回值:0：NO_ERR
//		 1：错误
uint8_t SD_GetCSD(uint8_t *csd_data)
{
    
    uint8_t 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.
uint32_t SD_GetSectorCount(void)
{
    
    uint8_t csd[16];
    uint32_t Capacity;
    uint8_t n;
    uint16_t 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] + ((uint16_t)csd[8] << 8) + 1;
        Capacity = (uint32_t)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) + ((uint16_t)csd[7] << 2) + ((uint16_t)(csd[6] & 3) << 10) + 1;
        Capacity= (uint32_t)csize << (n - 9);//得到扇区数
    }
    return Capacity;
}
uint8_t SD_Idle_Sta(void)
{
    
    uint16_t i;
    uint8_t retry;
    for(i=0; i<0xf00; i++); //纯延时，等待SD卡上电完成
    //先产生>74个脉冲，让SD卡自己初始化完成
    for(i=0; i<10; i++)SD_SPI_ReadWriteByte(0xFF);
    //-----------------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
    {
    
        //发送CMD0，让SD卡进入IDLE状态
        i = SD_SendCmd(CMD0, 0, 0x95);
        retry++;
    }
    while((i!=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; //失败
    return 0;//成功
}
//初始化SD卡
uint8_t SD_Initialize(void)
{
    
    uint8_t r1;      // 存放SD卡的返回值
    uint16_t retry;  // 用来进行超时计数
    uint8_t buf[4];
    uint16_t i;
    
     while(SD_Idle_Sta());
    
    SD_Type=0;//默认无卡
    if(SD_SendCmd(CMD8,0x1AA,0x87)==1)//SD V2.0
    {
    
        for(i=0; i<4; i++)buf[i]=SD_SPI_ReadWriteByte(0XFF);	//Get trailing return value of R7 resp
        if(buf[2]==0X01&&buf[3]==0XAA)//卡是否支持2.7~3.6V
        {
    
            retry=0XFFFE;
            do
            {
    
                SD_SendCmd(CMD55,0,0X01);	//发送CMD55
                r1=SD_SendCmd(CMD41,0x40000000,0X01);//发送CMD41
            }
            while(r1&&retry--);
            if(retry&&SD_SendCmd(CMD58,0,0X01)==0)//鉴别SD2.0卡版本开始
            {
    
                for(i=0; i<4; i++)buf[i]=SD_SPI_ReadWriteByte(0XFF); //得到OCR值
                if(buf[0]&0x40)SD_Type=SD_TYPE_V2HC;    //检查CCS
                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_GetSectorCount();
    SD_DisSelect();//取消片选
    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.
uint8_t SD_ReadDisk(uint8_t*buf,uint32_t sector,uint8_t cnt)
{
    
    uint8_t 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.
uint8_t SD_WriteDisk(uint8_t*buf,uint32_t sector,uint8_t cnt)
{
    
    uint8_t 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;//
}

/* User defined Fatfs functions ----------------------------------------------*/
/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* Get SD disk status                                                    */
/*-----------------------------------------------------------------------*/
uint8_t SD_disk_status(void)
{
    
    return 1;
}

/*-----------------------------------------------------------------------*/
/* Initialize SD disk drive                                              */
/*-----------------------------------------------------------------------*/
uint8_t SD_disk_initialize(void)
{
    
    if(SD_Initialize() == 0)
        return 1;
    else
        return 0;
}

头文件

#ifndef _MMC_SD_H_
#define _MMC_SD_H_
移植修改区///
#include <string.h>
#include "nrf_drv_common.h"
#include "nrf_drv_spi.h"
#include "app_util_platform.h"
#include "app_error.h"
#include "nrf_gpio.h"
#include "boards.h"
#include "nrf_delay.h"
#include "ds1302.h"

#define SPI_INSTANCE  0 /**< SPI instance index. */

#define SPI_SS_PIN     28
#define SPI_SCK_PIN     29
#define SPI_MOSI_PIN     30
#define SPI_MISO_PIN     31

#define SD_CS_STANDARD0_NODRIVE_HRS() do {
       \
NRF_GPIO->PIN_CNF[SPI_SS_PIN] = (GPIO_PIN_CNF_SENSE_Disabled << GPIO_PIN_CNF_SENSE_Pos) \
|(GPIO_PIN_CNF_DRIVE_S0D1 << GPIO_PIN_CNF_DRIVE_Pos)    \
|(GPIO_PIN_CNF_PULL_Pullup << GPIO_PIN_CNF_PULL_Pos)  \
|(GPIO_PIN_CNF_INPUT_Connect << GPIO_PIN_CNF_INPUT_Pos) \
|(GPIO_PIN_CNF_DIR_Input << GPIO_PIN_CNF_DIR_Pos);  \
} while (0) /*!< Configures SCL pin to Standard-0, No-drive 1 */    

#define SD_CS_OUTPUT_HRS() do {
       NRF_GPIO->DIRSET = (1UL << SPI_SS_PIN);  } while(0) 

#define SD_CS_HIGH_HRS()   do {
       NRF_GPIO->OUTSET = (1UL << SPI_SS_PIN);  } while(0)   /*!< Pulls SDA line high */
#define SD_CS_LOW_HRS()    do {
       NRF_GPIO->OUTCLR = (1UL << SPI_SS_PIN);  } while(0)   /*!< Pulls SDA line low  */    

///
// SD卡类型定义
#define SD_TYPE_ERR     0X00
#define SD_TYPE_MMC     0X01
#define SD_TYPE_V1      0X02
#define SD_TYPE_V2      0X04
#define SD_TYPE_V2HC    0X06
// SD卡指令表
#define CMD0    0       //卡复位
#define CMD1    1
#define CMD8    8       //命令8 ，SEND_IF_COND
#define CMD9    9       //命令9 ，读CSD数据
#define CMD10   10      //命令10，读CID数据
#define CMD12   12      //命令12，停止数据传输
#define CMD16   16      //命令16，设置SectorSize 应返回0x00
#define CMD17   17      //命令17，读sector
#define CMD18   18      //命令18，读Multi sector
#define CMD23   23      //命令23，设置多sector写入前预先擦除N个block
#define CMD24   24      //命令24，写sector
#define CMD25   25      //命令25，写Multi sector
#define CMD41   41      //命令41，应返回0x00
#define CMD55   55      //命令55，应返回0x01
#define CMD58   58      //命令58，读OCR信息
#define CMD59   59      //命令59，使能/禁止CRC，应返回0x00
//数据写入回应字意义
#define MSD_DATA_OK                0x05
#define MSD_DATA_CRC_ERROR         0x0B
#define MSD_DATA_WRITE_ERROR       0x0D
#define MSD_DATA_OTHER_ERROR       0xFF
//SD卡回应标记字
#define MSD_RESPONSE_NO_ERROR      0x00
#define MSD_IN_IDLE_STATE          0x01
#define MSD_ERASE_RESET            0x02
#define MSD_ILLEGAL_COMMAND        0x04
#define MSD_COM_CRC_ERROR          0x08
#define MSD_ERASE_SEQUENCE_ERROR   0x10
#define MSD_ADDRESS_ERROR          0x20
#define MSD_PARAMETER_ERROR        0x40
#define MSD_RESPONSE_FAILURE       0xFF
		    	               
extern uint8_t  SD_Type;//SD卡的类型
extern uint32_t Capacity;

/*********fatfs(文件系统)************/

#define SECTOR_SIZE     512 //扇区大小
#define BLOCK_SIZE      1   //块大小
uint8_t SD_disk_status(void);
uint8_t SD_disk_initialize(void);
uint8_t SD_ReadDisk(uint8_t*buf,uint32_t sector,uint8_t cnt);		//读块
uint8_t SD_WriteDisk(uint8_t*buf,uint32_t sector,uint8_t cnt);		//写块
/*********************/
//函数申明区
uint8_t SD_WaitReady(void);							//等待SD卡准备
uint8_t SD_GetResponse(uint8_t Response);					//获得相应
uint8_t SD_Initialize(void);							//初始化
uint32_t SD_GetSectorCount(void);   					//读扇区数
uint8_t SD_GetCID(uint8_t *cid_data);                     //读SD卡CID
uint8_t SD_GetCSD(uint8_t *csd_data);                     //读SD卡CSD
void hal_spi_init(void);
void Set_spi_speed(void);

#endif

使用指南

在不同的平台下实现以下函数

• 初始化SPI函数:**void hal_spi_init(void);**
• 实现SPI的传输数据函数： **uint8_t SD_SPI_ReadWriteByte(uint8_t Dat)**
• 实现对片选（CS）脚的控制：void SD_DisSelect(void）uint8_t SD_Select(void)