感觉起这个标题的名字怪怪的,不过也是背后意义的。记得以前学习51单片机是,是用IO口模拟的SPI时序,现在在STM32上有了SPI硬件。才算基本上弄明白了SPI时序。
在学习SD卡时才接触的硬件SPI,所以给标题起了个怪怪的名字。
SD卡和硬件SPI的同时学习:
1、SPI接口
SPI是一种全双工、同步串行通信方式接口,这里用到了四个IO口:分别是时钟线SCK、输出口MOSI、输入口MISO、模式从机选择线NSS。
2、常用的SPI模式命令
(1)命令由六个字节组成:01-六位命令号-四个字节的命令参数-7位校验码-结束位1。
(2)命令分为10个类:
SPI支持:类0基本控制的(0复位、1激活初始化、9读CSD寄存器、10读CID寄存器、12多块过程中停止传输、13读状态寄存器),
类2块读的(16设置块长度、17读一个数据块、18读多个数据块,直到发命令12);
类4块写的(24写块、25写多个块、27写CSD的可编程为);
类5擦除的(32设置擦除块的起始地址、33设置终止块地址、38擦除先前选择的所有块);
块6写保护的(可选28设置写保护、29清除写保护、30读写保护状态);
类7的锁卡命令(可选42上锁或者解锁);
类8的指定应用(55通知SD卡下个是特殊应用命令、56获取或写入一个数据块)。
3、SPI命令的响应状态
(1)有R1(1个字节)、R1B(1个字节)、R2(两个字节)、R3(五个字节),大部分命令的响应是R1。读取状态寄存器响应R2、读取OCR响应R3、R1B跟R1接近(有些命令只需要0或非0反馈,就用R1B,比如停止传输、擦除等命令)
(2)每一个命令都有对应的响应长度,故发送命令函数要经过特殊的处理。
SD Card
1.SD卡的命令格式:
SD卡的指令由6字节(Byte)组成,如下:
Byte1:0 1 x x x x x x(命令号,由指令标志定义,如CMD39为100111即16进制0x27,那么完整的CMD39第一字节为01100111,即0x27+0x40)
Byte2-5:Command Arguments,命令参数,有些命令没有参数
Byte6:前7位为CRC(Cyclic Redundacy Check,循环冗余校验)校验位,最后一位为停止位0
2.SD卡的命令
SD卡命令共分为12类,分别为class0到class11,
不同的SDd卡,主控根据其功能,支持不同的命令集 如下:
Class0 :(卡的识别、初始化等基本命令集)
CMD0:复位SD 卡.
CMD1:读OCR寄存器.
CMD9:读CSD寄存器.
CMD10:读CID寄存器.
CMD12:停止读多块时的数据传输
CMD13:读 Card_Status 寄存器
Class2 (读卡命令集):
CMD16:设置块的长度
CMD17:读单块.
CMD18:读多块,直至主机发送CMD12为止 .
Class4(写卡命令集) :
CMD24:写单块.
CMD25:写多块.
CMD27:写CSD寄存器 .
Class5 (擦除卡命令集):
CMD32:设置擦除块的起始地址.
CMD33:设置擦除块的终止地址.
CMD38: 擦除所选择的块.
Class6(写保护命令集):
CMD28:设置写保护块的地址.
CMD29:擦除写保护块的地址.
CMD30: Ask the card for the status of the write protection bits
class7:卡的锁定,解锁功能命令集
class8:申请特定命令集 。
class10 -11 :保留
其中 class1, class3,class9:SPI模式不支持(未列出)
了解了指令的形式和具体的控制内容,下面主要解决的就是MCU与SD卡的通信问题,通信主要需要注意下面的问题:
(1)供电电压:必须是3.3V
(2) 通信模式的切换:SD卡有两种通信模式:SPI模式和SD模式,默认情况下的通信模式是SD模式,但是我们常用的模式是SPI模式,这就需要一个切换模式的方法,其关键的地方就是先上电延时大于74个时钟周期后发送复位命令,复位成功(接收到0x01的响应)后,连续发送CMD55和ACMD41,直到响应0X00为止,此时SD卡已经进入SPI模式。
(3)上面所说的发送复位命令(CMD0)以及CMD55和ACMD41要有具体的实现方法,需要解决的就是时序问题,
下图就为复位的时序图,只要能够按照下图的时序进行操作,肯定能够复位成功.
本复位分为(1)上电,(2)延时74个周期以上,(3)发送命令CMD0,(4)发送命令参数0X0000,(5)发送CRC校验0X95,(6)等待响应(7)响应0X01此时得到正确响应复位成功,否则重复以上操作直到成功为止。
介绍复位的同时其他的命令也和复位命令类似,只是根据命令的作用不同有着不同的响应类型和不同的后续操作,下面给出集中常用命令的时序图。
(1)读CID寄存器时序图
(待整理)
说明:当发送命令并得到响应0X00后就开始准备接收CID寄存器中的内容,此时只要接收到起始标志0XFE后,之后的16个字节的内容即为CID寄存器的内容。
(2)读CSD寄存器内容时序和读CID的类似,只是此时发送的命令为CMD9
SD卡数据的读写是以块为单位:默认情况下一块的大小为512字节
(3) 读SD卡一个块(512字节)时序
(待整理)
(4) 写一个块(512字节)时序图
(待整理)