文章目錄

SD nand 與 SD卡的SPI模式驅(qū)動(dòng)

1. 概述

2. SPI接口模式與SD接口模式區(qū)別

2.1 接口模式區(qū)別

2.2 硬件引腳

2.3 注意事項(xiàng)

3. SD接口協(xié)議

3.1 命令

3.1.1 命令格式

3.1.2 命令類型

3.2 響應(yīng)

3.2.1 響應(yīng)格式

4. SD nand（SD卡）結(jié)構(gòu)描述

5. SD nand SPI通訊

5.1 SD nand SPI 通訊概述

5.2 SPI 時(shí)序

5.3 上電初始化及模式切換

5.3.1 初始化及模式切換流程說明

5.3.2 代碼實(shí)現(xiàn)

5.4 識(shí)別過程

5.4.1 識(shí)別流程說明

5.4.2 代碼實(shí)現(xiàn)

5.3 數(shù)據(jù)傳輸

5.3.1 數(shù)據(jù)寫入

5.3.2 數(shù)據(jù)讀取

5.3.3 代碼實(shí)現(xiàn)

6. 總結(jié)

1. 概述

首先簡(jiǎn)單介紹下SD卡和SD nand：

• SD卡，也稱之為內(nèi)存卡，在早些年間的手機(jī)上出現(xiàn)過，主要用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；

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• SD nand，貼片式SD卡，使用起來(lái)和SD卡一致，不同的是采用，通常采用LGA-8封裝，尺寸為8mm x 6mm x 0.75mm，重點(diǎn)是采用貼片封裝，可以直接貼在板卡上，直接解決了SD卡固定問題，再也不用為SD卡的接觸穩(wěn)定性操心！

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• SD nand 與 SD卡除了封裝上的區(qū)別，使用起來(lái)基本沒什么不一樣，因此下文中不再做區(qū)分，統(tǒng)一以SD nand作為描述。
• SD nand 和 SD 卡、SPI Nor flash、 nand flash、eeprom一樣，都是嵌入式系統(tǒng)中常見的用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)所使用的存儲(chǔ)芯片，這幾種存儲(chǔ)芯片主要的區(qū)別在于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)容量不一樣、操作的大小不一樣，價(jià)格不一樣，因此在實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，往往需要根據(jù)自身產(chǎn)品的需求來(lái)選擇對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)芯片。
• SD nand存儲(chǔ)空間大小在上述存儲(chǔ)系列芯片中屬于偏大的，其存儲(chǔ)空間小到 1Gb（256MB） 起步，大到可以到32G，最小讀寫單元通常是 512 Byte，與SD卡一樣，均支持SD接口模式以及SPI接口模式（后文會(huì)詳細(xì)描述其區(qū)別）。
• 關(guān)于采用SPI接口模式完成于SD nand和SD卡的通訊，網(wǎng)上也有相關(guān)資料，但描述均不是很清楚或完整，因此特整理此博客，以作記錄及分享。
• 本博文以 CS 創(chuàng)世 CSNPGCR01-AOW 這顆IC為例，著重描述如何通過SPI接口完成SD nand（SD卡）的讀寫驅(qū)動(dòng)。
• 2. SPI接口模式與SD接口模式區(qū)別
• 2.1 接口模式區(qū)別
• SD nand同時(shí)支持SPI接口和SD接口，接下來(lái)主要從以下幾個(gè)維度分析二者的區(qū)別：
• 硬件資源角度：
• SD接口需要控制器具有SDIO外設(shè)硬件支持
• SPI接口如果控制器具有SPI硬件外設(shè)那就最好了，沒有也可以使用軟件模式SPI
• 傳輸效率：
• SD接口支持四線同時(shí)傳輸
• SPI只有MOSI一根總線
• 且接口速度上SD接口速度通常要大于SPI接口，因此SD效率遠(yuǎn)高于SPI接口
• 控制難度：
• SPI協(xié)議比較簡(jiǎn)單，也是嵌入式開發(fā)中最常使用的協(xié)議之一，只有MISO和MOSI兩根數(shù)據(jù)總線，因此控制難度簡(jiǎn)單；
• SD協(xié)議相對(duì)SPI要復(fù)雜，且需要控制的引腳多，內(nèi)部還存在狀態(tài)機(jī)，相比SPI較為復(fù)雜
• 綜上分析，SD接口效率更高，但是需要芯片有對(duì)應(yīng)外設(shè)支持，而SPI接口雖然效率比不上SD接口，但是控制起來(lái)簡(jiǎn)單，且對(duì)芯片外設(shè)硬件依賴不高，對(duì)于低端的控制器，亦可使用軟件模式SPI來(lái)驅(qū)動(dòng)SD nand。
• 2.2 硬件引腳
• SD nand以及SD 卡在SPI接口以及SD接口模式下，硬件引腳如下圖所示：
• SD nand SPI接口及SD接口模式IO定義

• SD卡 SPI接口及SD接口模式IO定義

• 2.3 注意事項(xiàng)
• 此外對(duì)于使用SPI接口需要注意的是，SPI接口只是定義了物理傳輸層，并沒有定義完整的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，因此上層軟件還是需要遵循SD接口協(xié)議！
• 3. SD接口協(xié)議
• 在2.3中我們重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了，SPI接口只是定義了物理層，也即硬件鏈路層，關(guān)于協(xié)議層并沒有定義，寫一次依舊遵循SD接口協(xié)議，因此我們需要首先了解下SD總線協(xié)議的內(nèi)容。
• SD 總線協(xié)議由SD卡協(xié)議定義，是一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。首先說明的是，SD總線協(xié)議不僅僅只適用于SD卡，還支持IO卡，MMC卡等等，而且對(duì)這些不同類型的設(shè)備均能做出區(qū)分的！有點(diǎn)像USB一樣牛逼！

• 我們首先來(lái)了解下SD總線協(xié)議中的命令及響應(yīng)。

3.1 命令

• 命令由主機(jī)發(fā)出，分為廣播命令和尋址命令
• 廣播命令是針對(duì)與SD主機(jī)連接的所有設(shè)備發(fā)出的
• 尋址命令是指定某個(gè)地址的設(shè)備進(jìn)行命令傳輸
• 3.1.1 命令格式
• 命令由48bit位（6字節(jié)）組成，格式如下：

• 起始位：1bit 固定為0
• 傳輸位：1bit 主要用于區(qū)分傳輸方向，1代表主機(jī)發(fā)送給從機(jī)的命令，0代表從機(jī)響應(yīng)的主機(jī)命令
• 命令號(hào)：6bit 命令號(hào)索引，總共能表示2^6=64個(gè)命令
• 命令參數(shù)：32bit 命令所包含的參數(shù)信息
• CRC7：7bit CRC校驗(yàn)位，用于保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，生成器多項(xiàng)式為：G(x) = x^7 + x^3 + 1
• 3.1.2 命令類型
• 命令主要有4種類型：
• bc：無(wú)響應(yīng)廣播命令
• bcr：有響應(yīng)廣播命令
• ac：尋址命令，發(fā)送到選定卡，DAT線沒有數(shù)據(jù)傳輸
• adtc：尋址數(shù)據(jù)傳輸命令，發(fā)送到選定的卡，且DAT線有數(shù)據(jù)傳輸
• 在SD總線協(xié)議中，經(jīng)常見到的CMDx，代表的就是命令號(hào)，后面的x代表命令索引，在3.1.1中命令格式組成中描述了命令號(hào)總共占6bit，所以CMDx的范圍是CMD0 - CMD63，CMD后面的數(shù)字代表的就是命令號(hào)command index的值。
• 對(duì)于SD這么復(fù)雜的協(xié)議，64種命令類型通常還不能涵蓋所有類型的數(shù)據(jù)，因此SD協(xié)會(huì)在制定此協(xié)議的時(shí)候?qū)⒚罾^續(xù)細(xì)化，分了兩種類型的命令：CMD和ACMD，CMD代表常規(guī)命令，ACMD代表特定應(yīng)用的命令，ACMD通常為制造商特定使用的。
• 那么SD協(xié)議又是如何區(qū)分CMD和ACMD命令的呢？
• 在發(fā)送ACMD命令之前必須發(fā)送特定的CMD命令(APP_CMD)表明接下來(lái)的一幀命令是ACMD命令，在SD協(xié)議種規(guī)定此特定命令名稱叫APP_CMD，也就是CMD55。
• 需要注意的是，CMD命令類型這么多，但實(shí)際上并沒有都使用，針對(duì)SD nand（SD卡）的命令也就那么幾條（注意SD模式命令的響應(yīng)和SPI模式命令的響應(yīng)有些許不同，SD模式請(qǐng)自行查閱手冊(cè)）

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• 上圖中，命令序號(hào)對(duì)應(yīng)3.1.1節(jié)命令格式中的命令號(hào) command index，參數(shù)對(duì)應(yīng)3.1.1節(jié)命令格式中的命令參數(shù)argument。
• 3.2 響應(yīng)
• 針對(duì)需要響應(yīng)的命令（bcr），SD nand（SD卡）在接收到命令之后會(huì)做出響應(yīng)，根據(jù)命令的不同，響應(yīng)的類型也不相同，其中命令中已規(guī)定哪個(gè)命令需要響應(yīng)，并且返回什么類型的響應(yīng)。
• 響應(yīng)總共分為7中類型，分別是R1~R7，需要注意的是，SD nand（SD卡）沒有R4、R5類型的響應(yīng)。
• 響應(yīng)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度也并非完全一樣，響應(yīng)根據(jù)內(nèi)容長(zhǎng)度分為短響應(yīng)和長(zhǎng)響應(yīng)，短響應(yīng)長(zhǎng)度為48bit（6Byte），長(zhǎng)響應(yīng)長(zhǎng)度為136bit（17Byte），其中只有R2屬于長(zhǎng)響應(yīng)，其他均屬于短響應(yīng)。
• 3.2.1 響應(yīng)格式

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• 其中重點(diǎn)講下R1響應(yīng)，在上圖中我們可以看到R1返回的內(nèi)容為卡的狀態(tài)，關(guān)于卡狀態(tài)的描述如下，每個(gè)bit均代表著對(duì)應(yīng)的含義，如下圖中所示：

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• 上圖是SD nand的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，與SD卡完全類似，主要有五個(gè)部分組成，這里就不細(xì)述了，不然此篇文章會(huì)過于臃長(zhǎng)，關(guān)于這塊大家可以上網(wǎng)查找，需要重點(diǎn)注意的是內(nèi)部有7個(gè)寄存器，主要用來(lái)對(duì)卡片進(jìn)行配置和讀取卡片有關(guān)的信息，描述如下，其中SD接口有些命令就指定了讀取哪個(gè)寄存器的內(nèi)容！

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5. SD nand SPI通訊

• 主要參考資料：官方文檔《Part_1_Pjysical_Layer_Specification_Ver2.0.0pdf》建議大家有時(shí)間的話也可以讀一讀，還是有收獲的，如果沒時(shí)間的話也可以先參考本博文
• 5.1 SD nand SPI 通訊概述
• SD nand SPI通訊接口完成驅(qū)動(dòng)主要可以分為三大部分：
• 上電初始化以及模式切換
• SD nand（SD卡）識(shí)別
• 數(shù)據(jù)傳輸兩大步
• 在以上三大部分中，每個(gè)部分均有命令傳輸，從3.1.1中我們可以知道發(fā)送給SD nand的命令為48bit，也就是8字節(jié)，那么SPI模式下與SD nand通訊，發(fā)送命令其實(shí)就是采用SPI總線往SD nand傳輸8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，大家把握這這個(gè)思路去理解下文的通訊過程也就簡(jiǎn)單多了。
• 需要注意的是：
• SD nand或SD卡上電默認(rèn)均為SD模式，需要對(duì)齊完成初始化以及模式切換后才能切換到SPI模式。
• SD 模式，所有命令默認(rèn)開啟CRC校驗(yàn)，因此沒有切換到SPI模式之前，所有命令都必須攜帶正確的CRC校驗(yàn)值
• 進(jìn)入SPI模式后，默認(rèn)關(guān)閉CRC校驗(yàn)，此時(shí)CRC校驗(yàn)字段默認(rèn)填充1即可，當(dāng)然也可以通過命令配置打開SPI模式的CRC校驗(yàn)
• 5.2 SPI 時(shí)序
• 在開始進(jìn)行通訊讀寫前，我們先來(lái)看下SPI時(shí)序，使用SPI完成于SD nand（SD卡）的通訊與我們平常使用SPI與其他設(shè)備通訊會(huì)有一點(diǎn)點(diǎn)小小的區(qū)別，主要在于往SD nand寫了數(shù)據(jù)之后，回復(fù)不是馬上的，以及在必要的數(shù)據(jù)之間需要增加間隔，我們挑幾個(gè)重點(diǎn)看下，在實(shí)際開發(fā)中有需要注意的在后文對(duì)應(yīng)處有描述，不用過于擔(dān)心。
• 1.主機(jī)發(fā)送命令給卡，卡響應(yīng)，注意圖中的NCR，NCR最小不是0，因此主機(jī)發(fā)送了命令之后，SD nand不是馬上就響應(yīng)的

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• 2.卡連續(xù)響應(yīng)兩個(gè)指令之間需要有間隔，如圖中的NRC

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• 5.3 上電初始化及模式切換
• 5.3.1 初始化及模式切換流程說明
• 首先配置控制器SPI外設(shè)
• SD nand（SD卡）電源應(yīng)該在250ms內(nèi)到大VCC，這是硬件電路要求
• 同時(shí)保持CS引腳為高電平狀態(tài)，CLK時(shí)鐘引腳至少發(fā)送74個(gè)時(shí)鐘給SD nand已啟動(dòng)SD nand
• 之后SD nand進(jìn)入空閑狀態(tài)，發(fā)送CMD0命令至SD卡切換進(jìn)入SPI模式
• 注意務(wù)必保證CMD0是第一包命令
• SD卡選擇了對(duì)應(yīng)的模式之后不可切換，如果需要重新切換，需要重新上電

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• 5.3.2 代碼實(shí)現(xiàn)
• 1.SPI外設(shè)配置代碼如下：
• #ifndef __BSP_SPI_H__
• #define __BSP_SPI_H__
• #include "stm32f10x.h"
• #define PIN_HIGH 1
• #define PIN_LOW 0
• int sd_spi_config(void);
• void set_sd_spi_cs_pin(uint8_t state);
• #endif /* __BSP_SPI_H__ */

#include "./spi/bsp_spi.h"

/**

* @brief spi gpio configuration

*

* @note CLK:PA5 MISO:PA6 MOSI:PA7 CS:PA8

*

*/

static void _spi_gpio_init(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure = {0};

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

/* Configure SD_SPI pins: SCK */

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

/* Configure SD_SPI pins: MOSI */

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

/* Configure SD_SPI pins: MISO */

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

/*!< Configure SD_SPI_CS_PIN pin: SD Card CS pin */

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

}

/**

* @brief configer spi1 peripher.

*

* @note Data rising edge acquisition.

*/

static void _spi_config(void)

{

SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure = {0};

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);

/*!< SD_SPI Config */

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 = 0;

SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);

SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);

}

int sd_spi_config(void)

{

_spi_gpio_init();

_spi_config();

return 0;

}

void set_sd_spi_cs_pin(uint8_t state)

{

if (state)

GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_8);

else

GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_8);

}

2.SD初始化代碼如下，set_sd_to_idle_state 函數(shù)向SD nand發(fā)送CMD0指令，同時(shí)由于發(fā)送CMD0時(shí)，SD nand還處于SD模式，因此手動(dòng)計(jì)算CRC結(jié)果為0x95并發(fā)送，發(fā)送完CMD0之后等待SD nand的R1響應(yīng)，并根據(jù)響應(yīng)內(nèi)容，知道SD nand操作完成。

#ifndef __SD_SPI_DRV_H__

#define __SD_SPI_DRV_H__

#include "stm32f10x.h"

/**

* @brief Commands: CMDxx = CMD-number | 0x40

*/

#define SD_CMD_GO_IDLE_STATE 0 /*!< CMD0 = 0x40 */

#define SD_CMD_SEND_OP_COND 1 /*!< CMD1 = 0x41 */

#define SD_CMD_SEND_IF_COND 8 /*!< CMD8 = 0x48 */

#define SD_CMD_SEND_CSD 9 /*!< CMD9 = 0x49 */

#define SD_CMD_SEND_CID 10 /*!< CMD10 = 0x4A */

#define SD_CMD_STOP_TRANSMISSION 12 /*!< CMD12 = 0x4C */

#define SD_CMD_SEND_STATUS 13 /*!< CMD13 = 0x4D */

#define SD_CMD_SET_BLOCKLEN 16 /*!< CMD16 = 0x50 */

#define SD_CMD_READ_SINGLE_BLOCK 17 /*!< CMD17 = 0x51 */

#define SD_CMD_READ_MULT_BLOCK 18 /*!< CMD18 = 0x52 */

#define SD_CMD_SET_BLOCK_COUNT 23 /*!< CMD23 = 0x57 */

#define SD_CMD_WRITE_SINGLE_BLOCK 24 /*!< CMD24 = 0x58 */

#define SD_CMD_WRITE_MULT_BLOCK 25 /*!< CMD25 = 0x59 */

#define SD_CMD_PROG_CSD 27 /*!< CMD27 = 0x5B */

#define SD_CMD_SET_WRITE_PROT 28 /*!< CMD28 = 0x5C */

#define SD_CMD_CLR_WRITE_PROT 29 /*!< CMD29 = 0x5D */

#define SD_CMD_SEND_WRITE_PROT 30 /*!< CMD30 = 0x5E */

#define SD_CMD_SD_ERASE_GRP_START 32 /*!< CMD32 = 0x60 */

#define SD_CMD_SD_ERASE_GRP_END 33 /*!< CMD33 = 0x61 */

#define SD_CMD_UNTAG_SECTOR 34 /*!< CMD34 = 0x62 */

#define SD_CMD_ERASE_GRP_START 35 /*!< CMD35 = 0x63 */

#define SD_CMD_ERASE_GRP_END 36 /*!< CMD36 = 0x64 */

#define SD_CMD_UNTAG_ERASE_GROUP 37 /*!< CMD37 = 0x65 */

#define SD_CMD_ERASE 38 /*!< CMD38 = 0x66 */

#define SD_CMD_READ_OCR 58 /*!< CMD58 */

#define SD_CMD_APP_CMD 55 /*!< CMD55 返回0x01*/

#define SD_ACMD_SD_SEND_OP_COND 41 /*!< ACMD41 返回0x00*/

typedef enum {

/**

* @brief SD reponses and error flags

*/

SD_RESPONSE_NO_ERROR = (0x00),

SD_IN_IDLE_STATE = (0x01),

SD_ERASE_RESET = (0x02),

SD_ILLEGAL_COMMAND = (0x04),

SD_COM_CRC_ERROR = (0x08),

SD_ERASE_SEQUENCE_ERROR = (0x10),

SD_ADDRESS_ERROR = (0x20),

SD_PARAMETER_ERROR = (0x40),

SD_RESPONSE_FAILURE = (0xFF),

/**

* @brief Data response error

*/

SD_DATA_OK = (0x05),

SD_DATA_CRC_ERROR = (0x0B),

SD_DATA_WRITE_ERROR = (0x0D),

SD_DATA_OTHER_ERROR = (0xFF)

} SD_ERROR;

//SD卡的類型

#define SD_TYPE_NOT_SD 0 //非SD卡

#define SD_TYPE_V1 1 //V1.0的卡

#define SD_TYPE_V2 2 //SDSC

#define SD_TYPE_V2HC 4 //SDHC

extern uint8_t SD_Type;

void sd_power_on(void);

SD_ERROR set_sd_to_idle_state(void);

SD_ERROR get_sd_card_type(void);

#endif /* __SD_SPI_DRV_H__ */

#include "./sd_nand/sd_spi_drv.h"

#include "./spi/bsp_spi.h"

#define SD_SPI SPI1

#define SD_DUMMY_BYTE 0xFF

uint8_t SD_Type = 0;

static uint8_t _spi_read_write_byte(uint8_t data)

{

while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SD_SPI, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);

SPI_I2S_SendData(SD_SPI, data);

while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SD_SPI, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET);

return SPI_I2S_ReceiveData(SD_SPI);

}

static void sd_send_cmd(uint8_t cmd, uint32_t arg, uint8_t crc)

{

uint8_t data[6] = {0};

/* command bit7 is always 1, bit6 is always 0, see SD manual. */

data[0] &= ~(0x80);

data[0] = cmd | 0x40;

data[1] = (uint8_t)(arg >> 24);

data[2] = (uint8_t)(arg >> 16);

data[3] = (uint8_t)(arg >> 8);

data[4] = (uint8_t)(arg);

data[5] = crc;

for (int i = 0; i < 6; i ++)

_spi_read_write_byte(data[i]);

}

static uint8_t sd_read_response(uint8_t response)

{

uint32_t repeat = 0xfff;

while (repeat --) {

if (_spi_read_write_byte(SD_DUMMY_BYTE) == response)

break;

}

if (repeat)

return SD_RESPONSE_NO_ERROR;

else

return SD_RESPONSE_FAILURE;

}

void sd_power_on(void)

{

set_sd_spi_cs_pin(PIN_HIGH);

uint32_t i = 0;

for (i = 0; i <= 9; i++) {

_spi_read_write_byte(SD_DUMMY_BYTE);

}

}

SD_ERROR set_sd_to_idle_state(void)

{

uint32_t repeat = 0xfff;

set_sd_spi_cs_pin(PIN_LOW);

sd_send_cmd(SD_CMD_GO_IDLE_STATE, 0, 0x95);

if (sd_read_response(SD_IN_IDLE_STATE)) //查詢卡是否處于空閑狀態(tài)

return SD_RESPONSE_FAILURE;

set_sd_spi_cs_pin(PIN_HIGH);

_spi_read_write_byte(SD_DUMMY_BYTE); //釋放卡

if (repeat == 0)

return SD_RESPONSE_FAILURE;

else

return SD_RESPONSE_NO_ERROR;

}

5.4 識(shí)別過程

SD nand的識(shí)別過程頗為復(fù)雜，需要參考下圖所示狀態(tài)機(jī)。

其復(fù)雜的原因是，隨著科技的發(fā)展，SD卡也迭代了好幾輪，但是協(xié)議需要兼容所有版本的卡，因此看上去會(huì)復(fù)雜很多。

我們采用的SD nand 型號(hào)為 CSNPGCR01-AOW，為V2.0.0的卡，且容量為1Gb，因此整體識(shí)別路線為中間那條線路。

5.4.1 識(shí)別流程說明

V2.0卡識(shí)別流程：

1.SD nand上電首先完成初始化，并發(fā)送CMD0配置為SPI模式

2.之后發(fā)送CMD8命令，讀取R7響應(yīng)，判斷SD nand的版本

如果響應(yīng)值為0x01則判斷為V2.0的卡（此時(shí)是這個(gè)）

如果響應(yīng)值非0x01則需要進(jìn)一步判斷時(shí)V1.0的卡還是MMC卡

3.發(fā)送循環(huán)指令CMD55+ACMD41，(CMD55用來(lái)表示后面的CMD41為ACMD命令)，讀取R1響應(yīng)，直到響應(yīng)0x00表示SD 2.0卡初始化完成

4.發(fā)送CMD58命令，讀取R3響應(yīng)，R3中包含OCR寄存器的值，OCR寄存器的第31位（bit30）描述了此卡類型是否為SDHC類型，根據(jù)此位判斷此卡屬于標(biāo)準(zhǔn)容量卡還是高容量卡

V1.0卡識(shí)別流程：

1.SD nand上電首先完成初始化，并發(fā)送CMD0配置為SPI模式

2.之后發(fā)送CMD8命令判斷SD nand的版本

如果響應(yīng)值為0x01則判斷為V2.0的卡

如果響應(yīng)值非0x01則需要進(jìn)一步判斷時(shí)V1.0的卡還是MMC卡（此時(shí)是這個(gè)）

3.發(fā)送CMD58命令，并判斷響應(yīng)值R3，如果沒有返回則不是SD V1.0的卡

4.發(fā)送ACMD41（argument為置0），并判斷R1響應(yīng)值，直到卡空閑

?

?

關(guān)于CMD8指令，此處重點(diǎn)說明：

CMD8命令的參數(shù)中主要包含兩個(gè)部分，Voltage Supplied（VHS）和check pattern，發(fā)送CMD8時(shí)，VHS參數(shù)應(yīng)設(shè)置為主機(jī)支持的電壓范圍，我們的控制器通常是3.3V，因此此處設(shè)置為0001b； check pattern可以設(shè)置為任意值，當(dāng)SD nand（SD卡）接收到此CMD8指令之后會(huì)返回R7響應(yīng)，如果SD nand支持此電壓等級(jí)，SD nand會(huì)回顯 VHS 和check pattern的內(nèi)容在R7中，如果SD nand不支持此電壓等級(jí)，SD nand將不會(huì)返回，并始終保持在空閑狀態(tài)。

5.4.2 代碼實(shí)現(xiàn)

SD nand識(shí)別代碼如下：

SD_ERROR get_sd_card_type(void)

{

uint32_t i = 0;

uint32_t count = 0xFFF;

uint8_t R7R3_Resp[4];

uint8_t R1_Resp;

set_sd_spi_cs_pin(PIN_HIGH);

_spi_read_write_byte(SD_DUMMY_BYTE);

set_sd_spi_cs_pin(PIN_LOW);

sd_send_cmd(SD_CMD_SEND_IF_COND, 0x1AA, 0x87);

/*!< Check if response is got or a timeout is happen */

while (( (R1_Resp = _spi_read_write_byte(SD_DUMMY_BYTE)) == 0xFF) && count) {

count--;

}

if (count == 0) {

/*!< After time out */

return 1;

}

//響應(yīng) = 0x05 非V2.0的卡

if(R1_Resp == (SD_IN_IDLE_STATE|SD_ILLEGAL_COMMAND)) {

/*----------Activates the card initialization process-----------*/

count = 0xfff;

do {

set_sd_spi_cs_pin(PIN_HIGH);

_spi_read_write_byte(SD_DUMMY_BYTE);

set_sd_spi_cs_pin(PIN_LOW);

/*!< 發(fā)送CMD1完成V1 版本卡的初始化 */

sd_send_cmd(SD_CMD_SEND_OP_COND, 0, 0xFF);

/*!< Wait for no error Response (R1 Format) equal to 0x00 */

if (sd_read_response(SD_RESPONSE_NO_ERROR))

break;

} while (count --);

if (count == 0) {

return 2;

}

SD_Type = SD_TYPE_V1;

//不處理MMC卡

//初始化正常

} else if (R1_Resp == 0x01) { //響應(yīng) 0x01 V2.0的卡

/*!< 讀取CMD8 的R7響應(yīng) */

for (i = 0; i < 4; i++) {

R7R3_Resp[i] = _spi_read_write_byte(SD_DUMMY_BYTE);

}

set_sd_spi_cs_pin(PIN_HIGH);

_spi_read_write_byte(SD_DUMMY_BYTE);

set_sd_spi_cs_pin(PIN_LOW);

if(R7R3_Resp[2]==0x01 && R7R3_Resp[3]==0xAA) { //判斷該卡是否支持2.7-3.6V電壓

count = 200; //支持電壓范圍，可以操作

do { //發(fā)卡初始化指令CMD55+ACMD41

sd_send_cmd(SD_CMD_APP_CMD, 0, 0xFF); //CMD55，以強(qiáng)調(diào)下面的是ACMD命令

if (sd_read_response(SD_RESPONSE_NO_ERROR)) // SD_IN_IDLE_STATE

return 3; //超時(shí)返回

sd_send_cmd(SD_ACMD_SD_SEND_OP_COND, 0x40000000, 0xFF); //ACMD41命令帶HCS檢查位

if (sd_read_response(SD_RESPONSE_NO_ERROR))

break;

}while(count--);

if(count == 0)

return 4; //重試次數(shù)超時(shí)

//初始化指令完成，讀取OCR信息，CMD58

//-----------鑒別SDSC SDHC卡類型開始-----------

count = 200;

do {

set_sd_spi_cs_pin(PIN_HIGH);

_spi_read_write_byte(SD_DUMMY_BYTE);

set_sd_spi_cs_pin(PIN_LOW);

sd_send_cmd(SD_CMD_READ_OCR, 0, 0xFF);

if (!sd_read_response(SD_RESPONSE_NO_ERROR))

break;

} while (count--);

if(count == 0)

return 5; //重試次數(shù)超時(shí)

//響應(yīng)正常，讀取R3響應(yīng)

/*!< 讀取CMD58的R3響應(yīng) */

for (i = 0; i < 4; i++) {

R7R3_Resp[i] = _spi_read_write_byte(SD_DUMMY_BYTE);

}

//檢查接收到OCR中的bit30(CCS)

//CCS = 0:SDSC CCS = 1:SDHC

if(R7R3_Resp[0]&0x40) { //檢查CCS標(biāo)志 {

SD_Type = SD_TYPE_V2HC;

} else {

SD_Type = SD_TYPE_V2;

}

//-----------鑒別SDSC SDHC版本卡的流程結(jié)束-----------

}

}

set_sd_spi_cs_pin(PIN_HIGH);

_spi_read_write_byte(SD_DUMMY_BYTE);

//初始化正常返回

return SD_RESPONSE_NO_ERROR;

}

5.3 數(shù)據(jù)傳輸

在完成卡識(shí)別之后，便進(jìn)入了數(shù)據(jù)傳輸過程，在輸出傳輸過程內(nèi)即可完成數(shù)據(jù)的讀寫操作。

SD NAND單個(gè)塊為512字節(jié)，擦除、讀寫都是以塊為單位進(jìn)行的，而且SD NAND可以直接寫入，不需要先擦除才能寫入！！！牛逼Plus吧！哈哈！

5.3.1 數(shù)據(jù)寫入

數(shù)據(jù)分為單塊寫入和多塊寫入，多塊寫入可循環(huán)執(zhí)行多塊寫入實(shí)現(xiàn)。單個(gè)塊寫入使用CMD24，多個(gè)塊寫入使用CMD25,注意此處，SD nand的操作與SD卡可能會(huì)有所不一樣，在對(duì)應(yīng)位置有詳細(xì)描述。

單塊寫入步驟如下：

1.發(fā)送CMD24，讀取響應(yīng)值R1，判斷卡無(wú)錯(cuò)誤

2.發(fā)送寫開始指令 0xFE（SD協(xié)議中未找到此描述，此應(yīng)該是SD nand所特有）

3.依次傳輸寫入數(shù)據(jù)

4.發(fā)送兩個(gè)字節(jié)的CRC校驗(yàn)，由于SPI默認(rèn)沒有開啟CRC，因此填充為0xFFFF

5.讀取卡的狀態(tài)判斷是否有誤，結(jié)束

?

5.3.2 數(shù)據(jù)讀取

數(shù)據(jù)讀取也分為單塊讀取和多塊讀取，多塊讀取可采用循環(huán)執(zhí)行單塊讀取邏輯實(shí)現(xiàn)。

單塊數(shù)據(jù)讀取步驟如下：

1. 1.發(fā)送CMD17，讀取響應(yīng)值R1，判斷有無(wú)錯(cuò)誤
2. 2.等待SD nand發(fā)送數(shù)據(jù)輸出開始標(biāo)志 0xFE
3. 3.依次讀取數(shù)據(jù)
4. 4.多讀取兩位CRC值，結(jié)束

編輯

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2. 5.3.3 代碼實(shí)現(xiàn)
4. #define SD_START_DATA_SINGLE_BLOCK_READ 0xFE /*!< Data token start byte, Start Single Block Read */
5. #define SD_START_DATA_MULTIPLE_BLOCK_READ 0xFE /*!< Data token start byte, Start Multiple Block Read */
6. #define SD_START_DATA_SINGLE_BLOCK_WRITE 0xFE /*!< Data token start byte, Start Single Block Write */
7. #define SD_START_DATA_MULTIPLE_BLOCK_WRITE 0xFD /*!< Data token start byte, Start Multiple Block Write */
8. #define SD_STOP_DATA_MULTIPLE_BLOCK_WRITE 0xFD /*!< Data toke stop byte, Stop Multiple Block Write */
10. SD_ERROR sd_write_block(uint8_t* pbuf, uint64_t addr, uint16_t size)
11. {
12. uint32_t i = 0;
13. SD_ERROR ret = SD_RESPONSE_FAILURE;
15. //SDHC卡塊大小固定為512，且寫命令中的地址的單位是sector
16. if (SD_Type == SD_TYPE_V2HC) {
17. size = 512;
18. addr /= 512;
19. }
21. /*!< SD chip select low */
22. set_sd_spi_cs_pin(PIN_LOW);
24. /*!< Send CMD24 (SD_CMD_WRITE_SINGLE_BLOCK) to write multiple block */
25. sd_send_cmd(SD_CMD_WRITE_SINGLE_BLOCK, addr, 0xFF);
27. /*!< Check if the SD acknowledged the write block command: R1 response (0x00: no errors) */
28. if (!sd_read_response(SD_RESPONSE_NO_ERROR)) {
29. /*!< Send a dummy byte */
30. _spi_read_write_byte(SD_DUMMY_BYTE);
32. /*!< Send the data token to signify the start of the data */
33. _spi_read_write_byte(SD_START_DATA_SINGLE_BLOCK_WRITE);
35. /*!< Write the block data to SD : write count data by block */
36. for (i = 0; i < size; i++) {
37. /*!< Send the pointed byte */
38. _spi_read_write_byte(*pbuf);
39. /*!< Point to the next location where the byte read will be saved */
40. pbuf++;
41. }
43. /*!< Put CRC bytes (not really needed by us, but required by SD) */
44. _spi_read_write_byte(SD_DUMMY_BYTE);
45. _spi_read_write_byte(SD_DUMMY_BYTE);
47. /*!< Read data response */
48. if (sd_get_data_response() == SD_DATA_OK) {
49. ret = SD_RESPONSE_NO_ERROR;
50. }
51. }
52. /*!< SD chip select high */
53. set_sd_spi_cs_pin(PIN_HIGH);
54. /*!< Send dummy byte: 8 Clock pulses of delay */
55. _spi_read_write_byte(SD_DUMMY_BYTE);
57. /*!< Returns the reponse */
58. return ret;
59. }
62. SD_ERROR sd_read_block(uint8_t* pbuf, uint64_t addr, uint16_t size)
63. {
64. uint32_t i = 0;
65. SD_ERROR ret = SD_RESPONSE_FAILURE;
67. //SDHC卡塊大小固定為512，且讀命令中的地址的單位是sector
68. if (SD_Type == SD_TYPE_V2HC) {
69. size = 512;
70. addr /= 512;
71. }
73. /*!< SD chip select low */
74. set_sd_spi_cs_pin(PIN_LOW);
76. /*!< Send CMD17 (SD_CMD_READ_SINGLE_BLOCK) to read one block */
77. sd_send_cmd(SD_CMD_READ_SINGLE_BLOCK, addr, 0xFF);
79. /*!< Check if the SD acknowledged the read block command: R1 response (0x00: no errors) */
80. if (!sd_read_response(SD_RESPONSE_NO_ERROR)) {
81. /*!< Now look for the data token to signify the start of the data */
82. if (!sd_read_response(SD_START_DATA_SINGLE_BLOCK_READ)) {
83. /*!< Read the SD block data : read NumByteToRead data */
84. for (i = 0; i < size; i++) {
85. /*!< Save the received data */
86. *pbuf = _spi_read_write_byte(SD_DUMMY_BYTE);
88. /*!< Point to the next location where the byte read will be saved */
89. pbuf++;
90. }
91. /*!< Get CRC bytes (not really needed by us, but required by SD) */
92. _spi_read_write_byte(SD_DUMMY_BYTE);
93. _spi_read_write_byte(SD_DUMMY_BYTE);
94. /*!< Set response value to success */
95. ret = SD_RESPONSE_NO_ERROR;
96. }
97. }
98. /*!< SD chip select high */
99. set_sd_spi_cs_pin(PIN_HIGH);
101. /*!< Send dummy byte: 8 Clock pulses of delay */
102. _spi_read_write_byte(SD_DUMMY_BYTE);
104. /*!< Returns the reponse */
105. return ret;
106. }此外，為了驗(yàn)證以上代碼正常運(yùn)行，編寫簡(jiǎn)單測(cè)試程序進(jìn)行測(cè)試，代碼如下：
107. int main(void)
108. {
109. USART1_Config();
110. LED_GPIO_Config();
111. sd_spi_config();
113. printf("sd card test!\n");
114. sd_init();
116. uint8_t tx_data[512] = {0};
117. uint8_t rx_data[512] = {0};
118. for (i = 0; i < 512; i ++)
119. tx_data[i] = 512-i;
121. sd_write_block(tx_data, 0, sizeof(tx_data));
122. sd_read_block(rx_data, 0, sizeof(rx_data));
124. for (i = 0; i < 512; i ++) {
125. if (tx_data[i] != rx_data[i])
126. break;
127. printf("%d ", rx_data[i]);
128. }
129. if (i == 512) {
130. printf("sd card 讀寫測(cè)試成功\n");
131. } else {
132. printf("sd card 讀寫測(cè)試失敗, i：%d\n", i);
133. }
134. }代碼運(yùn)行如下，測(cè)試通過：

1. 6. 總結(jié)
2. 綜上，便是關(guān)于使用SPI接口驅(qū)動(dòng)SD nand的全部說明了，確實(shí)花費(fèi)了不少時(shí)間整理說明，關(guān)于SD nand的驅(qū)動(dòng)玩法還有很多，比如采用SD接口驅(qū)動(dòng)，移植文件系統(tǒng)，導(dǎo)入日志系統(tǒng)等等，后續(xù)有機(jī)會(huì)有時(shí)間我也會(huì)繼續(xù)做整理分享。
3. 希望本篇博文能幫助到你對(duì)于如何使用SPI實(shí)現(xiàn)SD nand的驅(qū)動(dòng)也有大致清晰的了解。