Micro SD卡简介

SD卡
SD卡
  1. Micro SD卡的控制指令功能强大，支持SPI、SDIO模式，兼容MMC。在SPI模式下，CS/MOSI/MISO/CLK都需要加10~100K左右的上拉电阻
  2. SD卡有5个寄存器
    1. CID：128比特，卡标识寄存器,只读
    2. RCA：16比特，相对卡地址寄存器，即本地系统中卡的地址，动态变化，在主机初始化的时候确定。SPI模式中没有此寄存器
    3. CSD：128比特，卡描述数据，主要存储了卡的容量、数据格式、DSR寄存器是否可用、数据传输相关参数、数据传输速度、最大的数据访问时间、最大的读写数据块长度等，是可配置寄存器
    4. SCR：64比特，SD配置寄存器，即SD卡特定信息数据如：SCR版本号、SD卡版本号、是否支持安全性、擦除后卡状态默认值、SD总线宽度等，由生产商在卡生产阶段写入
    5. OCR：32比特，操作条件寄存器,提供SD Host查询SD卡支持的电压范围，是否是大容量卡OCR[30],卡省电过程是否结束OCR[31]
  3. 每发送一个命令，SD卡都会给出一个应答，以告知主机该命令的执行情况，或者返回主机需要获取的数据。SPI模式下，SD卡针对不同的命令，应答可以是R1~R7。命令与响应都是MSB优先。除了SEND_STATUS和READ_OCR指令外，其他指令的响应格式都是R1，格式R1的长度是1Byte，并且最高位总是0，其余每位均是错误提示，在指令接收过程中发生了什么样的错误，对应的错误位就会是‘1’。R1b和R1具有相同的格式，它将伴随一个附加的busy信号，busy信号的长度可以是任意个字节，全0表示卡处在“忙”的状态。格式R2的长度为2字节，它是指令SEND_STATUS的响应，它的高字节和R1相同，低字节同样作为状态提示。格式R3的长度是5字节，它是指令READ_OCR的响应，最高字节和R1相同，其余4字节包含SD卡的OCR寄存器信息
  4. 在SD卡收到复位命令（CMD0）时，CS为低电平则SD卡的SPI模式被启用。不过在发送CMD0之前，要发送>74个时钟这是因为SD卡内部有一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。在卡初始化的时候，CLK时钟最大不能超过400KHz
  5. 对SD卡的常用基本操作主要由：单块读、连续读、单块写、连续写。SPI模式下，通过向SD卡发送响应的命令并读取相应的响应来实现对SD卡的控制。

SD 命令

  1. 命令:每个命令都有一个起始位和结束位，总长度为48 bits，并且每个命令都有 7 bits 的CRC 校验码，高字节优先传输
    SD Command
    SD Command
  2. Command 共分为12类（class0 - class11），在寄存器CSD中有12 bits CCC（Card Command Class）对本卡支持的分类进行描述
    SD命令
    SD命令
  3. 几个重要的命令
    常用命令
    常用命令
  4. CMD8命令格式
    CMD8
    CMD8

SD 应答

  1. R1响应格式
    R1响应格式
    R1响应格式

SD卡初始化

SD卡初始化流程
SD卡初始化流程
  1. 配置时钟，慢速一般为400Hz，设置工作模式
  2. 发送CMD0，对卡进行软复位，进入空闲态，该指令没有反馈
  3. 发送CMD8命令用于读取卡的接口信息，如果是SD2.0，则支持CMD8命令；如果是SD1.x，MMC，则不支持CMD8
  4. 发送CMD55+ACMD41，判断当前电压是否在卡的工作范围内，看卡能否识别命令，如果是MMC卡，则CMD55不能被识别，短反馈
  5. 发送CMD2，验证SD卡是否接入，长反馈
  6. 发送CMD3，读取SD卡的RCA地址，短反馈
  7. 以RCA作为参数，发送CMD9读取CSD，长反馈
  8. 发送CMD7，选中要操作的SD卡，短反馈
  9. 配置告诉时钟，准备数据传输，一般为20~25MHz
  10. 设置工作模式：DMA、中断或者查询模式

SD卡读取数据流程

  1. 发送CMD17
  2. 接收卡响应R1
  3. 接收数据起始令牌0xFE
  4. 接收数据
  5. 接收2字节的CRC，如果不使用CRC，这两个字节在读取后可以丢掉
  6. 禁止片选之后，发多8个CLK

SD卡写数据流程

  1. 发送CMD24
  2. 接收卡响应R1
  3. 发送写数据起始令牌0xFE
  4. 发送数据
  5. 发送2字节的伪CRC
  6. 禁止片选之后，发多8个CLK

SD卡读数据块操作

  1. 在读数据块模式下，数据传输的基本单元是数据块，它的大小在CSD中（READ_BL_LEN）定义
  2. 为了保证数据传输的正确，每个数据块后都有一个CRC校验码。
  3. CMD17（Read_Single_Block）启动一次读数据块操作，在传输结束后返回返回到发送状态。
  4. CMD18（Read_Multiple_Block）启动一次连续多个数据块的读操作
  5. 主机可以在多数据块读操作的任何时候终止操作，而不管操作的类型。发送停止传输命令即可终止操作
  6. 如果在多数据块读操作中，卡检测到错误（如越界，地址错位或内部错误），它将停止数据传输并仍处于数据状态；此时主机必须发送停止传输命令，终止操作

FATFS简介

  1. FATFS是一个完全免费开源的FAT文件系统模块，专门为小型的嵌入式系统而设计。支持FAT12、FAT16和FAT32，支持多个存储媒介；有独立的缓冲区，可以对多个文件进行读/写。
  2. 拥有多种配置选项：
    1. 支持多卷（物理驱动器或分区，最多10个卷）
    2. 多个ANSI/OEM代码页包括DBCS
    3. 支持长文件名、ANSI/OEM或Unicode
    4. 支持RTOS
    5. 支持多种扇区大小
    6. 只读、最小化的API和I/O缓冲区等
  3. 需要我们编写移植代码的是FATFS模块提供的底层接口，包括存储媒介读/写接口(disk I/O)和供给文件创建修改时间的实时时钟
    1. ffconf.h:FATFS模块配置文件
    2. ff.h:FATFS和应用模块共用的包含文件
    3. ff.c:FATFS模块
    4. diskio.h:FATFS和disk I/O模块共用的包含文件
    5. interger.h:数据类型定义
    6. option：可选的外部功能(比如支持中文等)
    7. diskio.c:FATFS和disk I/O模块接口层文件
  4. ffconf.h
    1. _CODE_PAGE,根据具体使用的而语言在ffconf.h中定义具体的宏定义。如果使用简体中文，则选择936；如果使用英文，则选择437；如果使用日文，则选择932。打开option文件夹，打开cc936.c文件，里面有一个很大的数组static const WCHAR uni2oem[]。这个数组用于unicode码和OEM码之间的相互转换。接下来又有两个函数，ff_convert()和ff_wtoupper()具体执行码型转换和将字符串转换为大写。unicode是一种双字节字符编码，无论中文还是英文，或者其他语言统一到2字节。与现有的任何编码都不兼容。WindowsNT的内核即使用该编码，所有数据进入内核前转换成UNICODE，退出内核后再转换成版本相关的编码(通常称为OEM，在简体中文下即为GB)
    2. _FS_TINY，使用浓缩版的FATFS就设置为1
    3. _FS_READONLY,这个用来配置是不是只读
    4. _USE_STRFUNC,这个用来设置是否支持字符串类操作，比如f_putc,f_puts等
    5. _USE_MKFS,这个用来设置是否使能格式化
    6. _USE_FASTSEEK，这个用来使能快速定位
    7. _USE_LABEL,这个用来设置是否支持磁盘盘符（磁盘名字）读取与设置
    8. _USE_LFN,该选项用于设置是否支持长文件名，还需要_CODE_PAGE支持，取值范围为0~3。0表示不支持长文件名，1~3是支持长文件名，但是存储地方不一样
    9. _VOLUMES,用于设置FATFS支持的逻辑设备数目
    10. _MAX_SS,扇区缓冲的最大值，一般设置为512
  5. ff.h中的函数定义
    1. FRESULT f_mount (FATFS fs, const TCHAR path, BYTE opt);加载文件系统
      • fs表示文件系统对象，path表示本地设备驱动号，opt=1表示立即挂载，0表示延迟挂载
    2. FRESULT f_lseek (FIL* fp, DWORD ofs);移动文件的读写指针
      • ofs表示文件偏移量的数目
    3. FRESULT f_close (FIL* fp);关闭打开的文件对象
    4. FRESULT f_opendir (DIR dp, const TCHAR path);打开目录，返回目录对象
    5. FRESULT f_readdir (DIR dp, FILINFO fno);读取目录获得文件信息
    6. FRESULT f_stat (const TCHAR path, FILINFO fno);读取文件的状态
    7. FRESULT f_getfree (const TCHAR path, DWORD nclst, FATFS** fatfs);获取驱动器上的空闲簇数
    8. FRESULT f_truncate (FIL* fp);截断文件
    9. FRESULT f_sync (FIL* fp);刷新写文件的缓冲数据
    10. FRESULT f_unlink (const TCHAR* path);删除目录中的一个文件
    11. FRESULT f_mkdir (const TCHAR* path);创建一个新目录
    12. FRESULT f_chmod (const TCHAR* path, BYTE attr, BYTE mask);更改文件/目录的属性
    13. FRESULT f_utime (const TCHAR path, const FILINFO fno);更改文件/目录的时间戳
    14. FRESULT f_rename (const TCHAR path_old, const TCHAR path_new);重命名/移动文件或目录
    15. FRESULT f_forward (FIL fp, UINT(func)(const BYTE,UINT), UINT btf, UINT bf);转发数据流
    16. FRESULT f_mkfs (const TCHAR* path, BYTE sfd, UINT au);在驱动器上创建一个文件系统
    17. FRESULT f_chdir (const TCHAR* path);改变当前目录
    18. FRESULT f_chdrive (const TCHAR* path);更改当前驱动器
    19. int f_putc (TCHAR c, FIL* fp);
    20. int f_puts (const TCHAR str, FIL cp);
    21. int f_printf (FIL fp, const TCHAR str, …);
    22. TCHAR f_gets (TCHAR buff, int len, FIL* fp);
  6. diskio.c(需要用户提供如下几个函数接口)
    1. DSTATUS disk_initialize (BYTE pdrv);初始化磁盘驱动器
    2. DSTATUS disk_status (BYTE pdrv);获取磁盘状态
    3. DRESULT disk_read (BYTE pdrv, BYTE* buff, DWORD sector, UINT count);读扇区
    4. DRESULT disk_write (BYTE pdrv, const BYTE* buff, DWORD sector, UINT count);写扇区
    5. DRESULT disk_ioctl (BYTE pdrv, BYTE cmd, void* buff);设备相关的控制特性
    6. get_fattime获取当前时间
  7. 簇：文件数据分配的基本单位
  8. FAT文件系统依次应该为:引导扇区、文件分配表两个、根目录区和数据区

汉字字库

  1. 常用的汉字内码系统有GB2312，GB13000，GBK，BIG5（繁体）等几种，其中GB2312支持的汉字仅有几千个，很多时候不够用，而GBK内码不仅完全兼容GB2312，还支持繁体字，总汉字数量达到2万多个。
  2. 每个GBK码由2字节组成，第一个字节为0X81~0xFE，第二个字节分为两部分，一是0x40~0x7E，二是0x80~0xFE。第一个字节代表的意义称为区，GBK里面总共有126个区，每个区内有190个汉字。