DIY - PIC：SD 記憶卡初始化 (七十三)

DIY - PIC：SD 記憶卡初始化 (七十三)：

將會使用 Microchip PIC18F4550 的 SPI 模式，在 SPI 模式中，所有的指令都要求先將 CS 腳置 0 (低電位)。命令格式是個一個字節的命令格式為 01xx xxxx 後六位是 CMD  後面的數字的二進制值，如 CMD1=0100 0001=0x41。需要註意初始化時SPI速率不能超過 400K。

▲SD 記憶卡初始化程式流程圖

 1. SD卡初始化

▲Secure Digital 卡內的存儲器

▲Secure Digital 卡的 CMD指令

CMD0 — SD 卡從 SD 模式轉到 SPI 模式。判斷返回值 R0，如果不是 CARD IS NOT READY，說明硬體上有問題。CMD0 之前要向 SD 卡發送至少 74 個時鐘周期，只有 CMD0 需要這樣特殊要求。

CMD8 — 參數是 0x000001AA，判斷 SD 卡符合哪個標準。如果返回 ILLEGAL COMMAND，說明是 ver1.x 的卡，否則就是 ver2.0 的卡。

CMD1 — 如果是 ver2.0 的卡，參數是 1<<30，否則就是 0，讀取 SD 卡的狀態，反復，直到 CARD IS READY 或者超時。這裏有一個問題，Spec上建議使用 ACMD1，說是通用性比 CMD1 好，而且 CMD1 並不是一開始就可以使用的。但是我在實際使用中，發現一些老卡對這個指令會返回 PARAMETER ERROR。搞不懂是為什麼，而且實際使用中 CMD1 也很好用，並沒有出現 SD 卡不能初始化的問題，所以我現在都直接用 CMD1。

▲Secure Digital 卡識別模式的狀態圖

  基本上 SD 卡就初始化完畢了，接下來就可以讀取資料了。

2. 讀取CID（CMD10）
SD 卡鑒別資訊，這一步不是必須的。鑒別資訊中包括了生產商 ID，應用 ID，產品名稱，產品版本，產品序列號，生產日期。

名稱	域	數據寬度	CID劃分
生產標識號	MID	8	[127:120]
OEM/應用標識	OID	16	[119:104]
產品名稱	PNM	40	[103:64]
產品版本	PRV	8	[63:56]
產品序列號	PSN	32	[55:24]
保留	－	4	[23:20]
生產日期	MDT	12	[19:8]
CRC7校驗合	CRC	7	[7:1]
未使用，始終為1	－	1	[0:0]

▲CID 寄存器長度為 128 位。它的寄存器結構

3. 讀取CSD（CMD9），SD卡信息
返回的 CSD 有兩個版本。

名稱	域	數據寬度	單元類型	CSD劃分
CSD結構	CSD_STRUCTURE	2	R	[127:126]
保留	-	6	R	[125:120]
資料讀取時間1	TAAC	8	R	[119:112]
資料在CLK週期內讀取時間2（NSAC*100）	NSAC	8	R	[111:104]
最大資料傳輸率	TRAN_SPEED	8	R	[103:96]
卡命令集合	CCC	12	R	[95:84]
最大讀取資料塊長	READ_BL_LEN	4	R	[83:80]
允許讀的部分塊	READ_BL_PARTIAL	1	R	[79:79]
非線寫塊	WRITE_BLK_MISALIGN	1	R	[78:78]
非線讀塊	READ_BLK_MISALIGN	1	R	[77:77]
DSR條件	DSR_IMP	1	R	[76:76]
保留	-	2	R	[75:74]
設備容量	C_SIZE	12	R	[73:62]
最大讀取電流@VDD min	VDD_R_CURR_MIN	3	R	[61:59]
最大讀取電流@VDD max	VDD_R_CURR_MAX	3	R	[58:56]
最大寫電流@VDD min	VDD_W_CURR_MIN	3	R	[55:53]
最大寫電流@VDD max	VDD_W_CURR_MAX	3	R	[52:50]
設備容量乘子	C_SIZE_MULT	3	R	[49:47]
擦除單塊使能	ERASE_BLK_EN	1	R	[46:46]
擦除磁區大小	SECTOR_SIZE	7	R	[45:39]
防寫群大小	WP_GRP_SIZE	7	R	[38:32]
防寫群使能	WP_GRP_ENABLE	1	R	[31:31]
保留	-	2	R	[30:29]
寫速度因數	R2W_FACTOR	3	R	[28:26]
最大寫資料塊長度	WRITE_BL_LEN	4	R	[25:22]
允許寫的部分部	WRITE_BL_PARTIAL	1	R	[21:21]
保留	-	5	R	[20:16]
檔系統群	FILE_OFRMAT_GRP	1	R/W	[15:15]
拷貝標誌	COPY	1	R/W	[14:14]
永久防寫	PERM_WRITE_PROTECT	1	R/W	[13:13]
暫時防寫	TMP_WRITE_PROTECT	1	R/W	[12:12]
檔系統	FIL_FORMAT	2	R/W	[11:10]
保留	-	2	R/W	[9:8]
CRC	CRC	7	R/W	[7:1]
未用，始終為1	-	1		[0:0]

▲CSD（Card-Specific Data）寄存器

if (CSD[0] & 0x40 == 0x40)     // ver2.0的卡容量 = 1024L*(CSD[8]<<8+CSD[9])這個數字就是這張SD卡裏面總共有多少個磁區。

if (CSD[0] & 0x40 != 0x40)    // ver1.x的卡容量 = (((CSD[6]&0x03)<<10) | (CSD[7]<<2) | ((CSD[8]&0xC0)>>6) + 1) * (1 << ((((CSD[9]&0x03)<<1) | ((CSD[10]&0x80)>>7)) + 2))

4. 讀取Partition Table
讀取 SD 卡的磁區0到buffer如果buf[0] 不是 0xEB 或者 0xE9，說明這是一個分區表。buf[454] 開始的四個 byte是該分區前的磁區數。例如 63 表示在這個分區前有 63 個磁區，那麼這個分區的第一個磁區就是磁區 63。buf[458] 開始的四個 byte 是該分區的磁區數。例如 7990000，不是這個分區有 7990000 個磁區。那麼這個分區的塊位址就是 63～7990063。一個設備可以最多有四個分區，其他三個分區的相關資料是在buf[470]/buf[474]，buf[486]/buf[490]，buf[502]/buf[506]。注意，讀取 buf 的時候檢查最好兩位，應該是 55AA。

5. 讀取BPB 
已經知道第一個分區是在什麼位置了，現在需要做的就是讀取這個分區的 0 磁區。也就是 SD 卡的第 36 個磁區。這個 512 個 byte 就是這個分區的詳細資料了。檢查buf[0]，應該是 0xEB 或者 0xE9。如果是的話，那就是 BPB 表了。接下來比較重要的幾個數字是： 


buf[13]的Sectors Per Cluster，就是每個簇的磁區數，也就是你在讀取檔是需要一次讀取的磁區數。例如 8。 


buf[14-15] 的 Reserved Sectors，保留磁區數，這個保留磁區是在分區第一個磁區到 FAT 表之間的磁區數。例如38。 

buf[16]，FAT表數，一般是2。 

buf[19-20] 和 buf[32-35]，前者是 FAT16 格式中的磁區數，後者是 FAT32 格式中的磁區數。這個值在分區表裏也是有的。就是 7990000。 

buf[22-23]，buf[36-39]，FAT 表佔用的磁區數，前者是 FAT16 的，後者是 FAT32 的。例如 7793。 

buf[28-31] 的 Hidden Sectors，隱藏磁區數，這個隱藏磁區指的是在這個分區前面有多少個磁區，這個值在分區表裏也有的。就是 63。

好了，到這裏我們就可以讀取 FAT 檔系統中的資料了。

6. 讀取FAT表 
在上面的例子中，FAT 表的位置應該是分區的第一個磁區再偏移隱藏磁區數，就是63+38，等於 101。所以從 SD 卡的 101 磁區開始，就是分區一的 FAT 表，一共有 7793 個磁區。 

7. 讀取根目錄 
在 FAT16 中，根目錄是單獨的。應該是可以建立 512 個檔，每個檔佔用 32byte，所以總共是 512*32/512=32 個磁區。 
根目錄是跟在 FAT 表後面的，所以第一個磁區是在 101+7793*2=15687。對於 FAT32 系統，這段忽略。 

8. 讀取數據區 
FAT16 中，資料區是在根目錄後面的，所以第一個磁區是 15687+32=15719。就是在SD 卡上的第 15719 個磁區。 
而 FAT32 中，由於沒有根目錄，所以資料區直接跟在FAT表後面的，所以就是第 15687 個磁區。這個磁區就是 LBA=2 的地方。所以之後如果上層的檔操作函數，要對 LBA=1000 寫資料，那就是對 1000+15687=16687 磁區進行寫操作。到此，我們就得到了整個 FAT 系統的結構和資料，接下來就可以開始操作檔了。 

參考網址：http://blog.sina.com.cn/s/blog_44153f8f0100eq0u.html 

相關網址：
※ DIY - PIC：SD 記憶卡規格 (七十)
※ DIY - PIC： FAT 表檔案配置表種類 (七十一)
※ DIY - PIC：SD 記憶卡 FAT 表 (七十二)
※ DIY - PIC：SD 記憶卡初始化 (七十三)
※ DIY - PIC：PIC18F4550 SD 記憶卡電路 (七十四)
※ DIY - PIC：PIC18F4550 SD 記憶卡穩壓電路 (七十五)
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※ DIY - PIC：PIC18F4550 MCHPMSD 實驗板 (七十七)
※ DIY - PIC：PIC18F4550 MCHPMSD 程式介紹 (七十八)
※ DIY - PIC：PIC18F4550 MCHPMSD 編程開始 (七十九)
※ DIY - PIC：PIC18F4550 MCHPMSD 初始化 (八十)
※ DIY - PIC：PIC18F4550 MCHPMSD 讀取 SD 記憶卡程式 (八十一)
※ DIY - PIC：PIC18F4550 MCHPMSD 寫入 SD 記憶卡程式 (八十二)
※ DIY - PIC：PIC18F4550 MCHPMSD SD 記憶卡程式 (八十三)

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※ SDHC 記憶卡
※ SDXC 記憶卡

2011年 5月 21日 天氣報告
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