SD卡读写及FATFS(R0.14版本)文件系统测试总结

原创已于 2022-07-17 20:21:26 修改

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#linux #文件系统 #fatfs #arm #fpga

于 2022-07-17 20:21:11 首次发布

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本文详细介绍了如何在基于FPGA的Cortex-M0系统中手动移植SD卡驱动，包括SD卡的初始化步骤、读写测试以及FATFS文件系统的应用。针对SD2.0版本的SDHC卡，通过CMD0和CMD8命令进行模式切换和版本检测，然后使用CMD55和ACMD41进行初始化。在读写测试中，成功实现了数据的写入和读取。此外，还提及了FATFS文件系统的使用，简化了文件操作。

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QAQ真不想看

由于使用的是搭建在FPGA上的Cortex-M0内核，不能像STM32的cubemx直接移植使用，所以得手动移植

学习路径

SD理论->读写方式->测试读写->文件系统理论->测试文件读写

SD卡简介

SD卡 Secure Digital Card安全数字卡
再MMC卡的基础上发展而来

所用的SD卡类型
SDHC SD2.0 2GB至32GB FAT32
在这里插入图片描述
工作模式有SDIO模式和SPI模式两种
本文使用模拟SPI

SD卡命令

操作前必须对SD卡进行初始化

SD卡的命令格式由6个字节组成，发送数据时高
位在前
操作命令
在这里插入图片描述

Byte1前两位固定
Byte2~Byte5：命令参数，有些命令参数是保留位，没有定义参数的内容，保留位应设置为0
Byte6：前7位为CRC（循环冗余校验）校验位，最后一位为停止位0。SD卡在SPI模式下默认不开启CRC校验，在SDIO模式下开启CRC校验

SD卡的命令分为标准命令（如CMD0）和应用相关命令（如ACMD41）。ACMD命令是特殊命令，发送方法同标准命令一样，但是在发送应用相关命令之前，必须先发送CMD55命令，告诉SD卡接下来的命令是应用相关命令，而非标准命令。发送完命令后，SD卡会返回响应命令的信息，不同的CMD命令会有不同类型的返回值，常用的返回值有R1类型、R3类型和R7类型（R7类型是CMD8命令专用）

SD卡上电默认是SDIO模式
在接收SD卡返回CMD0的响应命令时，拉低片选CS，进入SPI模式。所以在发送CMD0命令的时候，SD卡处于SDIO模式，需要开启CRC校验。另外CMD8的CRC校验是始终启用的，也需要启用CRC校验。除了这两个命令，其它命令的CRC可以不用做校验

在这里插入图片描述

初始化步骤（基于SD2.0版本协议的SDHC卡）

1、SD卡完成上电后，主机FPGA先对从机SD卡发送至少74个以上的同步时钟，在上电同
步期间，片选CS引脚和MOSI引脚必须为高电平（MOSI引脚除发送命令或数据外，其
余时刻都为高电平）；
2、拉低片选CS引脚，发送命令CMD0（0x40）复位SD卡，命令发送完成后等待SD卡返回
响应数据；
3、SD卡返回响应数据后，先等待8个时钟周期再拉高片选CS信号，此时判断返回的响应
数据。如果返回的数据为复位完成信号0x01，在接收返回信息期间片选CS为低电平，
此时SD卡进入SPI模式，并开始进行下一步，如果返回的值为其它值，则重新执行第
2步；
4、拉低片选CS引脚，发送命令CMD8（0x48）查询SD卡的版本号，只有SD2.0版本的卡
才支持此命令，命令发送完成后等待SD卡返回响应数据；
5、SD卡返回响应数据后，先等待8个时钟周期再拉高片选CS信号，此时判断返回的响应
数据。如果返回的电压范围为4’b0001即2.7V~3.6V，说明此SD卡为2.0版本，进行下
一步，否则重新执行第4步；
6、拉低片选CS引脚，发送命令CMD55（0x77）告诉SD卡下一次发送的命令是应用相关
命令，命令发送完成后等待SD卡返回响应数据；
7、SD卡返回响应数据后，先等待8个时钟周期再拉高片选CS信号，此时判断返回的响应
数据。如果返回的数据为空闲信号0x01，开始进行下一步，否则重新执行第6步。
8、拉低片选CS引脚，发送命令ACMD41（0x69）查询SD卡是否初始化完成，命令发送
完成后等待SD卡返回响应数据；
9、SD卡返回响应数据后，先等待8个时钟周期再拉高片选CS信号，此时判断返回的响应
数据。如果返回的数据为0x00，此时初始化完成，否则重新执行第6步。

读写测试

	char send_data[150];
	char receiv[150];
	uint16_t sd_i;
	for(sd_i=0;sd_i<150;sd_i++)
     send_data[sd_i]='0'+sd_i;
		 switch(SD_Initialize())
			{
			case 0: 
				printf("\r\nSD Card Init Success!\r\n");
			break;
			case 1:  
						printf("Time Out!\n");
						break;
			case 99: 
						printf("No Card!\n");
						break;
			default: printf("unknown err\n");
			break;
			}
		SD_WriteDisk((uint8_t *)send_data,30,1);
		SD_ReadDisk((uint8_t *)receiv,30,1);
		printf("%s\r\n",receiv);