菜鳥用C8051F020 SPI讀寫SD卡FAT全攻略

第一步：搭電路

我買了一小塊蜂窩板和一個SD插槽，按照標準電路焊接上，由于用的是SPI模式，所以選電路圖的時候要看好，SD卡上的引腳順序不要看錯，912345678，最后兩根挨得很緊，焊接時不要連上了，相關引腳一定要按照要求接上47K的上拉電阻。電路雖然簡單，但一定要確保無誤。還有一點，SD卡座種類不一樣，有位學長買的是彈簧式的，焊完以后剛開始初始化都能成功，放了幾天突然不行了，檢查各引腳都沒問題，最后發(fā)現(xiàn)是卡座的問題，這樣的硬件問題很難發(fā)現(xiàn)，還浪費時間，所以卡座還是直接買簡單的好。

第二步：設置硬件SPI

我用的是sililab的C8051F020，自帶硬件SPI，如果不帶可以用軟件模擬，關于軟件模擬SPI這塊網(wǎng)上有很多現(xiàn)成的程序。這一歩首先按照020手冊寫了一段程序，當然是將其設為主模式，這時候CONFIG（這個軟件可以視窗化操作C8051F的大多數(shù)寄存器并自動生成代碼）會分配4個引腳，CLK時鐘位，MISO和MOSI兩個數(shù)據(jù)傳輸位，還有一個NSS位，這個腳用不上，不要將其當作CS片選位，CS位選一個普通IO既可。所有從單片機上輸出的引腳都設為推挽輸出。設置完成后最好弄個示波器看一下輸出波形是否和你想象中的一樣，這樣就能確保你的SPI工作沒問題了，這一步也是關鍵，SPI是底層通信的基礎。

第三步：SD卡初始化

這一步正式進入單片機調(diào)試SD部分，了解SD卡的時序后（后面我會上傳這部分資料），網(wǎng)上眾說紛紜，還有說要看完178頁英文PDF，我都暈了，這個看完估計我都是專家了。關于初始化命令有很多說法，我發(fā)的是CMD0和CMD1就可以成功初始化。

解釋一下這個命令格式的含義：這是個一個字節(jié)的命令格式為01xx xxxx 后六位是CMD后面的數(shù)字的二進制值，如CMD1=0100 0001=0x41 程序中寫為CMD | 0x40 CMD代表后面的數(shù)字。

需要注意初始化時SPI速率不能超過400K，我設的是100K，初始化沒問題，還有發(fā)CMD0之前要向SD卡發(fā)送至少74個時鐘周期，只有CMD0需要這樣特殊。

下面是發(fā)送CMD0的程序段：

retry=0;
CSH;

do{
for(i=0;i<10;i++) SPI_WriteByte(0xFF);//發(fā)送 至少 74個時鐘周期注意片選線此時為高
r1=mmcSendCommand(MMC_GO_IDLE_STATE, 0);//發(fā)送CMD0，注意此時片選線才為低
retry++;
if(retry>0xfe) return -1;//嘗試的發(fā)送次數(shù)可以適當多一些
} while(r1 != MMC_R1_IDLE_STATE); //正確應答為1

嘗試發(fā)送的次數(shù)至少為200，有人建議2000的，隨便，如果不穩(wěn)定，比如有時候收的到有時候收不到，就可以適當增大發(fā)送次數(shù)

這是緊隨其后發(fā)送的CMD1程序段：

retry=0;
do{
r1=mmcSendCommand(MMC_SEND_OP_COND, 0);//發(fā)送CMD1
retry++;
if(retry>100) return -1;
} while(r1!=0); //正確應答為0

初始化有這兩個就可以完成了，有的程序中還會加上

mmcSendCommand(MMC_CRC_ON_OFF, 0);//關CRC校驗

mmcSendCommand(MMC_SET_BLOCKLEN, 512);//設置塊長度為512字節(jié)

這個無關緊要，SPI模式下默認沒有CRC校驗的，而且每塊字節(jié)數(shù)就是512，這個塊大小就別改了，你要設置成別的大小，后面加FAT會出麻煩的。

下面解釋一下上面程序中的uint8_t mmcCommand(uint8_t cmd, uint32_t arg)函數(shù)

uint8_t mmcCommand(uint8_t cmd, uint32_t arg)

{
uint8_t r1,retry=0;
SPI_WriteByte(cmd|0x40);// send command
SPI_WriteByte(arg>>24);
SPI_WriteByte(arg>>16);
SPI_WriteByte(arg>>8);
SPI_WriteByte(arg);
SPI_WriteByte(0x95);// 講解標記（1）
SPI_WriteByte(0xFF);// 講解標記（2）

while((r1=SPI_WriteByte(0xFF))==0xFF)if(retry++>8)break;
return r1;
}

arg這個參數(shù)看一下SD的SPI命令格式就知道這個字段是命令的屬性，一般為0

講解標記（1）

CRC位這個0x95只對CMD0有意義，發(fā)送其他命令時這個位可為任意值，所以不必修改

講解標記（2）

這個容易忽略，不忽略第一個字節(jié)你就可能收不到正確的響應，許多程序中這個叫做dummy values。特別注意看時序圖，后面寫命令的程序中是要發(fā)送兩個字節(jié)的，不要和這個搞混了。

寫命令程序段：

uint8_t mmcWrite(uint32_t sector, uint8_t* buffer){
uint8_t r1;
uint16_t i;

CSL;// assert chip select
r1 = mmcCommand(MMC_WRITE_BLOCK,sector<<9);// issue command
if(r1 != 0)return r1;
SPI_WriteByte(0xFF);// send dummy
SPI_WriteByte(MMC_STARTBLOCK_WRITE);// send data start token

for(i=0; i<512; i++){
SPI_WriteByte(*buffer++);// write data
}

SPI_WriteByte(0xFF);// write 16-bit CRC (dummy values)看清楚！兩個字節(jié)哦！
SPI_WriteByte(0xFF);

r1 = SPI_WriteByte(0xFF);// read data response token
if((r1&MMC_DR_MASK)!=MMC_DR_ACCEPT)return r1;//講解標記（1）
while(!SPI_WriteByte(0xFF));// wait until card not busy
CSH;// release chip select
return 0;
}

講解標記（1）

這個很重要?。?！我在這浪費了一個星期！?。?/p>

許多程序包括網(wǎng)上的大多資料都說這個回應為0x05，可是我每次都收不到這個回應，收到的是0xE5，本來我以為是程序有問題，其實不然，我查了資料，找到了這個響應令牌的8位的含義，發(fā)現(xiàn)高三位是保留位，而0xE5和0x05低五位是一樣的說明響應是正確的，這個高三位可能由于廠家不同值不一樣。

這個程序是比較完善的，響應r1與上個MMC_DR_MASK（宏定義值為0x0001 1111）就把高三位與成0了，網(wǎng)上有的程序是沒有這個過程的。

如果你想驗證只能是否能正常讀寫，可以將值賦進數(shù)組寫入到SD卡的一個扇區(qū)里（這里的扇區(qū)是指物理扇區(qū)，這個概念在FAT文件中再說）在用數(shù)組讀出來，在仿真器里看是否一樣，這個過程可能用不了winhex這款軟件，因為你寫入的那個扇區(qū)可能是引導區(qū)，造成你將卡插到電腦中會提示你格式化。

下面是CMD0的波形圖

原來以為這個波形圖有問題，因為時序圖上片選線在數(shù)據(jù)傳送過程中是一直低的，還在網(wǎng)上問了一陣子，可惜沒人理我，其實是正確的，中間的電平跳變是由于SPI發(fā)送函數(shù)開頭和末位有把片選拉低和拉高，片選線一旦拉高，數(shù)據(jù)線就會跟著變高，所以出現(xiàn)了跳變，我嘗試著把SPI發(fā)送函數(shù)的開頭末位片選去掉，發(fā)現(xiàn)這樣也是可以的。

第四步：加FAT

如果上面測試都沒問題，那么底層通信就沒有問題了，到目前為止我們一直是把SD當成一個大的FLASH來操作的，但是要想在電腦上把用單片機寫的程序讀出來就要按照一定規(guī)則往里面寫，這個規(guī)則就是FAT。我用的是2G的金士頓SD卡，正好可以用FAT16，F(xiàn)AT16最大支持2G。

這一塊的內(nèi)容可以參照http://www.sjhf.net/document/fat/#索引

里面的講解很詳細，會幫助你理解文件系統(tǒng)

需要把握的思路是：先用電腦把SD卡格式化成FAT16的（即FAT），然后讀寫的規(guī)則是：找到MBR（主引導區(qū)）讀相關字節(jié)得到邏輯引導區(qū)的地址，在邏輯扇區(qū)里讀出BPB數(shù)據(jù)，再對FAT表，根目錄和數(shù)據(jù)區(qū)進行對應操作

這一塊可以用winhex看SD卡的物理扇區(qū)和邏輯扇區(qū)，以便對照

這一塊我講幾個我遇到的問題

1>>如果是VISTA操作系統(tǒng)，你要以管理員身份進入，不然無法看到物理扇區(qū)，即鼠標停在winhex的圖標上點右鍵選取以管理身份運行即可（不要笑，我剛開始就不知道應該這樣操作，呵呵）

2>>有些SD卡是沒有主引導區(qū)即MBR的，這樣更好，邏輯扇區(qū)就和物理扇區(qū)一樣了，那么怎樣判斷有沒有MBR呢？最簡單的你用winhex看一下物理和邏輯扇區(qū)，如果數(shù)據(jù)一樣就是沒有MBR了。再有嚴謹一點的方法：注意看PDF中對邏輯引導區(qū)的解釋，邏輯引導區(qū)基本是以E9和EB開頭的，單憑這一點就可以用函數(shù)輕松判斷了。所以寫文件之前先弄清你的SD卡有沒有MBR，想了解更多請參照http://hi.baidu.com/bg4uvr/blog/item/b59f2fde196efd5fcdbf1aee.html

有沒有MBR是可以轉(zhuǎn)換的，具體請看：http://hi.baidu.com/bg4uvr/blog/item/9489a6295f7bcff998250a48.html

3>>這里說一些關于編譯的問題，加入FAT部分的程序后，工程中程序文件會比較多，這里要注意重復包含的問題，這一塊網(wǎng)上很多，不再重復。有時候錯誤并不在指針提示的那一行

比如有時候指的那一行只有int a;這樣的語句，這時候注意往上面看，是不是定義函數(shù)時漏了末尾的分號，造成編譯器將a也當作其形參了，這種錯誤有時候很隱蔽，比如int a；上面只有#include "b.h"，這時候就要去b中看看，是不是文件末尾定義的那個函數(shù)后面忘了分號

還有編譯器報出"segment too large"這時候須把編譯器選項中的Memory Model 中的Variable 設成XDATA這是對sililab IDE開發(fā)環(huán)境而言的，或者放入xdata數(shù)組里也行Project——>Tool Chain Intergration——>Compiler——>Custmize——>Memory Model ——>Variable——>Large:XDATA

這個IDE官方下載的會限制代碼大小，因為里面用的編譯器是限制版的，這時候你如果裝了正版的KEIL就可以用KEIL的編譯器從而不受代碼限制。具體做法：Project——>Tool Chain Intergration將Compiler和Linker中的路徑修改到KEIL的相應路徑即可。

還有就是有的程序是不支持文件夾嵌套的

現(xiàn)在我說一個最最重要的問題，也是我遇到的最后一個問題，字節(jié)序問題，請先參考http://blog.csdn.net/sunshine1314/archive/2008/04/20/2309655.aspx

了解了字節(jié)序，當然這里不用管比特序，如果你用的是AVR單片機，恭喜你，和SD卡還有電腦的字序是一樣的，不用轉(zhuǎn)換字序的，網(wǎng)上大多數(shù)程序你都能用，我用的C8051F020則需要，每次和卡交換大于一個字節(jié)的數(shù)據(jù)時都需要做一次轉(zhuǎn)換，由于程序中只用到了8 16 32這類數(shù)據(jù)，所以我只加入兩字節(jié)轉(zhuǎn)換函數(shù)和四字節(jié)轉(zhuǎn)換函數(shù)，函數(shù)體如下：

uint16_t two_byte_exchange(uint16_t h)
{
if(!Big_Small_ending_Switch) //如果沒有使能字節(jié)轉(zhuǎn)換則返回原值
return h;

return (h >> 8) + (h << 8);

}
uint32_t four_byte_exchange(uint32_t h)
{

if(!Big_Small_ending_Switch) //如果沒有使能字節(jié)轉(zhuǎn)換則返回原值
return h;

return (h >> 24) + ((h >> 16) << 8)+ ((h >> 8) << 16)+ (h << 24);


}

以上就是我遇到的大部分問題了，希望對大家有所幫助，由于水平有限，不足之處還請前輩們指教！