怎么通過FPGA采取SD模式實現(xiàn)Micro SD卡的驅(qū)動

在這篇文章，進(jìn)入正題，說一說怎么通過FPGA采取SD模式來實現(xiàn)Micro SD 卡的驅(qū)動，也就是怎么去讀寫 Micro SD 卡。

1 先來看看 Micro SD 卡的引腳：

【Micro SD 引腳】

【Micro SD 卡座原理圖】

除開電源相關(guān)引腳，其他可用的管腳都連接到了 FPGA 上。

對于這些引腳的介紹，先看下 SD 協(xié)議手冊上對于 SD 總線的引腳描述：

這個表格上的引腳描述是給的 SD 卡的引腳信息，與Micro SD 卡的引腳序號是不一樣的，大家要辯證對待，主要是參考下 Micro SD 卡各引腳的介紹。

從表格中的引腳信息也可以看出，Micro SD 卡是兼容 SPI 操作模式的。

2 在正式操作 Micro SD 卡之前，需要對其進(jìn)行初始化。初始化的操作可以參考下面兩個流程圖。

【SD 卡的識別流程】

這個圖告訴咱們可以通過 CMD0 + CS置0 進(jìn)入 SPI 模式。

【SD 模式下的初始化和識別流程】

初始化完成了，咱們就需要看到另外一個圖了。

在初始化流程中，執(zhí)行 CMD3 之后就實現(xiàn)了從 card identification mode 到 data transfer mode 的跨越。

進(jìn)入到 data transfer mode ，就可以對 SD 卡進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸了，也就是讀寫操作。

3 根據(jù)上面的三個流程圖，自己再看看手冊，找找相關(guān)的指令怎么實現(xiàn)，其實就可以正常的操作 SD 卡了。說完上邊的三個流程圖，其實這篇文章也可以結(jié)束了。不過，這種說一半藏一半，完全不是我的風(fēng)格。我們再繼續(xù)說一說流程圖中的這些指令如何實現(xiàn)。

SD 模式的命令格式如下：

命令總共由 48 bit 組成，start bit 總是為0，表示命令的開始，最后一個bit，也就是 end bit 總是為 1 。這種方式倒是和 IIC 的 SDA 數(shù)據(jù)線有點類似。當(dāng)主機(jī)沒有發(fā)送命令時，可以將 CMD 這根管腳拉高，你要是不小心把 CMD 這根線拉低了，那 Micro SD 卡有可能就會當(dāng)成是一個命令的開始。

transmitter bit：為 1 ，表示這是從主機(jī)到 SD 卡的命令，表示命令方向。

CONTENT：這是命令的內(nèi)容了，包含命令索引和命令參數(shù)。

CRC：有7個bit，也就是用的CRC7。

以CMD8為例，可以看看命令格式到底是怎么樣的。

具體的命令參數(shù)，還需要根據(jù)很多情況進(jìn)行設(shè)定。

命令索引和參數(shù)都確定好之后，剩下的就是怎么來搞定 CRC 7 ？

對于 CRC 7 ，咱們就直接貼代碼吧。

這些值都確定好之后，再通過 CMD 這個管腳串行的發(fā)送出去就可以了！

對于有寫命令，會收到 Micro SD 卡的響應(yīng)。而對于不同的操作指令，也會有不同的響應(yīng)。

而不同的響應(yīng)，與之對應(yīng)的就是在 CMD 線上收到 Micro SD 卡發(fā)送的不同數(shù)據(jù)。

有些指令前面有字母 A，如下圖所示：

那這些指令與沒有帶字母 “A” 的指令有什么區(qū)別呢？

以 ACMD6 為例，它要先執(zhí)行 CMD55 ，之后再執(zhí)行類似于 CMD6 指令，就是說ACMD6 是由兩個指令組合在一起的。

4 說完指令，接下來再說一說怎么寫數(shù)據(jù)，怎么讀數(shù)據(jù)。

寫數(shù)據(jù)和讀數(shù)據(jù)都是這樣的數(shù)據(jù)包格式，start bit總是為0，end bit 總是為 1 。

在執(zhí)行完寫指令之后，相應(yīng)的在DAT 數(shù)據(jù)線上構(gòu)造這樣的數(shù)據(jù)包格式就行。

在執(zhí)行完讀指令之后，相應(yīng)的在DAT 數(shù)據(jù)線上就會接收到這樣的數(shù)據(jù)包格式。

稍復(fù)雜一點的，也就是如何構(gòu)造 CRC，數(shù)據(jù)包使用的是 CRC 16。

5 咱們現(xiàn)在基本上已經(jīng)把 Micro SD 卡的操作流程都已經(jīng)說完了。接下來說一說我在這個項目中從初始化到讀寫數(shù)據(jù)的命令執(zhí)行流程是怎么樣的。

CMD0 -> CMD8 -> ACMD41 -> CMD2 -> CMD3 -> CMD 7 -> ACMD6 -> CMD25 (WRITE_MULTIPLE_BLOCK ) / CMD17 (READ_SINGLE_BLOCK)-> CMD12。

好了，這篇文章寫到就結(jié)束了。

我自己寫的這個項目的完整代碼，畢竟這是人家花了錢的，是絕對不會公開的，所以大家也不用在微信里邊私聊我要代碼了哈！

但是可以附上一套源碼給大家參考，這套代碼是 Lattice 給出的 關(guān)于 SD 卡控制器的 IP Core。當(dāng)時 Kevin 也是參考了這個 IP Core 的一些代碼才順利的調(diào)通。

審核編輯：湯梓紅