STM32使用HAL库IO模拟SPI驱动SD卡

快来打我* 2022-11-27 01:56 309阅读 0赞

# STM32使用HAL库IO模拟SPI驱动SD卡 #

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**废话不多说，直接上代码！**

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#include "mmc_sd.h"
    #include "delay.h"
    
    uint8_t SD_Type = 0; //SD卡的类型
    
    /// 移植修改区函数 //
    
    /** * SD卡SPI接口读写一个字节 * @param TxData 待写入的字节 * @return 来自SPI的接收 */
    uint8_t SD_SPI_ReadWriteByte(uint8_t TxData)
    { 
        int i = 0;
        uint8_t RxData = 0;
        HAL_GPIO_WritePin(SPI_CLK_GPIO_Port, SPI_CLK_Pin, GPIO_PIN_RESET);
        for(i = 7; i >= 0; i--)
        { 
            HAL_GPIO_WritePin(SPI_CLK_GPIO_Port, SPI_CLK_Pin, GPIO_PIN_RESET);
            if(TxData & (1 << i))
            { 
                HAL_GPIO_WritePin(SPI_MOSI_GPIO_Port, SPI_MOSI_Pin, GPIO_PIN_SET);
            }
            else
            { 
                HAL_GPIO_WritePin(SPI_MOSI_GPIO_Port, SPI_MOSI_Pin, GPIO_PIN_RESET);
            }
            delay_us(1);
            HAL_GPIO_WritePin(SPI_CLK_GPIO_Port, SPI_CLK_Pin, GPIO_PIN_SET);
            RxData <<= 1;
            RxData |= HAL_GPIO_ReadPin(SPI_MISO_GPIO_Port, SPI_MISO_Pin);
            delay_us(1);
        }
        HAL_GPIO_WritePin(SPI_CLK_GPIO_Port, SPI_CLK_Pin, GPIO_PIN_RESET);
        return RxData;
    }
    
    /// SPI硬件层初始化
    void SD_SPI_Init(void)
    { 
        HAL_GPIO_WritePin(SPI_CLK_GPIO_Port, SPI_CLK_Pin, GPIO_PIN_RESET);    /* 时钟空闲为低电平 */
        SD_SPI_ReadWriteByte(0xFF);
        SD_CS_H();
    }
    
     SD SPI 驱动代码 /
    
    //取消选择,释放SPI总线
    void SD_DisSelect(void)
    { 
        SD_CS_H();
        SD_SPI_ReadWriteByte(0xff);//提供额外的8个时钟
    }
    
    /** * 选中SD卡并等待卡准备好 * @return 0：成功 1：失败 */
    uint8_t SD_Select(void)
    { 
        SD_CS_L();
        if (SD_WaitReady() == 0)return 0; //等待成功
        SD_DisSelect();
        return 1;//等待失败
    }
    
    /** * 等待SD卡准备好 * @return 0：成功 other：失败 */
    uint8_t SD_WaitReady(void)
    { 
        uint32_t t = 0;
        do
        { 
            if (SD_SPI_ReadWriteByte(0XFF) == 0XFF)return 0; //OK
            t++;
        }
        while (t < 0XFFFFFF); //等待
        return 1;
    }
    
    /** * 等待SD卡回应 * @param Response 要得到的回应值 * @return 0：成功 other：失败 */
    uint8_t SD_GetResponse(uint8_t Response)
    { 
        uint16_t Count = 0xFFF; //等待次数
        while ((SD_SPI_ReadWriteByte(0XFF) != Response) && Count)Count--; //等待得到准确的回应
        if (Count == 0)return MSD_RESPONSE_FAILURE; //得到回应失败
        else return MSD_RESPONSE_NO_ERROR;//正确回应
    }
    
    /** * 接收来自SD卡的一包数据 * @param buf 存放接收的数据 * @param len 接收的数据长度 * @return 0：成功 other：失败 */
    uint8_t SD_RecvData(uint8_t*buf, uint16_t len)
    { 
        if (SD_GetResponse(0xFE))return 1; //等待SD卡发回数据起始令牌0xFE
        while (len--) //开始接收数据
        { 
            *buf = SD_SPI_ReadWriteByte(0xFF);
            buf++;
        }
        //下面是2个伪CRC（dummy CRC）
        SD_SPI_ReadWriteByte(0xFF);
        SD_SPI_ReadWriteByte(0xFF);
        return 0;//读取成功
    }
    //向sd卡写入一个数据包的内容 512字节
    //buf:数据缓存区
    //cmd:指令
    //返回值:0,成功;其他,失败;
    
    /** * 向SD卡写入一扇区数据 * @param buf 待写入的数据，size=512 * @param cmd 指令 * @return 0：成功 other：失败 */
    uint8_t SD_SendBlock(uint8_t*buf, uint8_t cmd)
    { 
        uint16_t t;
        if (SD_WaitReady())return 1; //等待准备失效
        SD_SPI_ReadWriteByte(cmd);
        if (cmd != 0XFD) //不是结束指令
        { 
            for (t = 0; t < 512; t++)SD_SPI_ReadWriteByte(buf[t]); //提高速度,减少函数传参时间
            SD_SPI_ReadWriteByte(0xFF);//忽略crc
            SD_SPI_ReadWriteByte(0xFF);
            t = SD_SPI_ReadWriteByte(0xFF); //接收响应
            if ((t & 0x1F) != 0x05)return 2; //响应错误
        }
        return 0;//写入成功
    }
    
    /** * 向SD卡发送命令 * @param cmd 待发送的命令 * @param arg 参数 * @param crc crc校验值 * @return SD卡返回的响应值 */
    uint8_t SD_SendCmd(uint8_t cmd, uint32_t arg, uint8_t crc)
    { 
        uint8_t r1;
        uint8_t Retry = 0;
        SD_DisSelect();//取消上次片选
        if (SD_Select())return 0XFF; //片选失效
        //发送
        SD_SPI_ReadWriteByte(cmd | 0x40);//分别写入命令
        SD_SPI_ReadWriteByte(arg >> 24);
        SD_SPI_ReadWriteByte(arg >> 16);
        SD_SPI_ReadWriteByte(arg >> 8);
        SD_SPI_ReadWriteByte(arg);
        SD_SPI_ReadWriteByte(crc);
        if (cmd == CMD12)SD_SPI_ReadWriteByte(0xff); //Skip a stuff byte when stop reading
        //等待响应，或超时退出
        Retry = 0X1F;
        do
        { 
            r1 = SD_SPI_ReadWriteByte(0xFF);
        }
        while ((r1 & 0X80) && Retry--);
        //返回状态值
        return r1;
    }
    
    /** * 查询SD卡的CID信息，包括制造商信息 * @param cid_data 存放CID数据，至少16字节 * @return 0：成功 1：失败 */
    uint8_t SD_GetCID(uint8_t *cid_data)
    { 
        uint8_t r1;
        //发CMD10命令，读CID
        r1 = SD_SendCmd(CMD10, 0, 0x01);
        if (r1 == 0x00)
        { 
            r1 = SD_RecvData(cid_data, 16); //接收16个字节的数据
        }
        SD_DisSelect();//取消片选
        if (r1)return 1;
        else return 0;
    }
    
    /** * 查询SD卡CID信息，包括制造商信息 * @param csd_data 存放CID信息，至少16字节 * @return 0：成功 1：失败 */
    uint8_t SD_GetCSD(uint8_t *csd_data)
    { 
        uint8_t r1;
        r1 = SD_SendCmd(CMD9, 0, 0x01); //发CMD9命令，读CSD
        if (r1 == 0)
        { 
            r1 = SD_RecvData(csd_data, 16); //接收16个字节的数据
        }
        SD_DisSelect();//取消片选
        if (r1)return 1;
        else return 0;
    }
    /** * 获取SD卡扇区数 * @return 0：获取出错 other：SD卡扇区数 */
    uint32_t SD_GetSectorCount(void)
    { 
        uint8_t csd[16];
        uint32_t Capacity;
        uint8_t n;
        uint16_t csize;
        //取CSD信息，如果期间出错，返回0
        if (SD_GetCSD(csd) != 0) return 0;
        //如果为SDHC卡，按照下面方式计算
        if ((csd[0] & 0xC0) == 0x40)	 //V2.00的卡
        { 
            csize = csd[9] + ((uint16_t)csd[8] << 8) + 1;
            Capacity = (uint32_t)csize << 10;//得到扇区数
        }
        else //V1.XX的卡
        { 
            n = (csd[5] & 15) + ((csd[10] & 128) >> 7) + ((csd[9] & 3) << 1) + 2;
            csize = (csd[8] >> 6) + ((uint16_t)csd[7] << 2) + ((uint16_t)(csd[6] & 3) << 10) + 1;
            Capacity = (uint32_t)csize << (n - 9); //得到扇区数
        }
        return Capacity;
    }
    
    /// SD卡进入闲置状态
    uint8_t SD_Idle_Sta(void)
    { 
        uint16_t i;
        uint8_t retry;
        for (i = 0; i < 0xf00; i++); //纯延时，等待SD卡上电完成
        //先产生>74个脉冲，让SD卡自己初始化完成
        for (i = 0; i < 10; i++)SD_SPI_ReadWriteByte(0xFF);
        //-----------------SD卡复位到idle开始-----------------
        //循环连续发送CMD0，直到SD卡返回0x01,进入IDLE状态
        //超时则直接退出
        retry = 0;
        do
        { 
            //发送CMD0，让SD卡进入IDLE状态
            i = SD_SendCmd(CMD0, 0, 0x95);
            retry++;
        }
        while ((i != 0x01) && (retry < 200));
        //跳出循环后，检查原因：初始化成功？or 重试超时？
        if (retry == 200)return 1; //失败
        return 0;//成功
    }
    /// 初始化SD卡
    uint8_t SD_Initialize(void)
    { 
        uint8_t r1;      // 存放SD卡的返回值
        uint16_t retry;  // 用来进行超时计数
        uint8_t buf[4];
        uint16_t i;
    
        SD_SPI_Init();		//初始化IO
        for (i = 0; i < 10; i++)SD_SPI_ReadWriteByte(0XFF); //发送最少74个脉冲
        retry = 20;
        do
        { 
            r1 = SD_SendCmd(CMD0, 0, 0x95); //进入IDLE状态
        }
        while ((r1 != 0X01) && retry--);
        SD_Type = 0; //默认无卡
        if (r1 == 0X01)
        { 
            if (SD_SendCmd(CMD8, 0x1AA, 0x87) == 1) //SD V2.0
            { 
                for (i = 0; i < 4; i++)buf[i] = SD_SPI_ReadWriteByte(0XFF);	//Get trailing return value of R7 resp
                if (buf[2] == 0X01 && buf[3] == 0XAA) //卡是否支持2.7~3.6V
                { 
                    retry = 0XFFFE;
                    do
                    { 
                        SD_SendCmd(CMD55, 0, 0X01);	//发送CMD55
                        r1 = SD_SendCmd(CMD41, 0x40000000, 0X01); //发送CMD41
                    }
                    while (r1 && retry--);
                    if (retry && SD_SendCmd(CMD58, 0, 0X01) == 0) //鉴别SD2.0卡版本开始
                    { 
                        for (i = 0; i < 4; i++)buf[i] = SD_SPI_ReadWriteByte(0XFF); //得到OCR值
                        if (buf[0] & 0x40)SD_Type = SD_TYPE_V2HC; //检查CCS
                        else SD_Type = SD_TYPE_V2;
                    }
                }
            }
            else //SD V1.x/ MMC V3
            { 
                SD_SendCmd(CMD55, 0, 0X01);		//发送CMD55
                r1 = SD_SendCmd(CMD41, 0, 0X01);	//发送CMD41
                if (r1 <= 1)
                { 
                    SD_Type = SD_TYPE_V1;
                    retry = 0XFFFE;
                    do //等待退出IDLE模式
                    { 
                        SD_SendCmd(CMD55, 0, 0X01);	//发送CMD55
                        r1 = SD_SendCmd(CMD41, 0, 0X01); //发送CMD41
                    }
                    while (r1 && retry--);
                }
                else
                { 
                    SD_Type = SD_TYPE_MMC; //MMC V3
                    retry = 0XFFFE;
                    do //等待退出IDLE模式
                    { 
                        r1 = SD_SendCmd(CMD1, 0, 0X01); //发送CMD1
                    }
                    while (r1 && retry--);
                }
                if (retry == 0 || SD_SendCmd(CMD16, 512, 0X01) != 0)SD_Type = SD_TYPE_ERR; //错误的卡
            }
        }
        SD_DisSelect();//取消片选
        if (SD_Type)return 0;
        else if (r1)return r1;
        return 0xaa;//其他错误
    }
    
    /** * 读取SD卡一个扇区 * @param buf 存放读取的数据 * @param sector 扇区编号 * @param cnt 要读取的扇区个数 * @return 0：成功 other：失败 */
    uint8_t SD_ReadDisk(uint8_t*buf, uint32_t sector, uint8_t cnt)
    { 
        uint8_t r1;
        if (SD_Type != SD_TYPE_V2HC)sector <<= 9; //转换为字节地址
        if (cnt == 1)
        { 
            r1 = SD_SendCmd(CMD17, sector, 0X01); //读命令
            if (r1 == 0) //指令发送成功
            { 
                r1 = SD_RecvData(buf, 512); //接收512个字节
            }
        }
        else
        { 
            r1 = SD_SendCmd(CMD18, sector, 0X01); //连续读命令
            do
            { 
                r1 = SD_RecvData(buf, 512); //接收512个字节
                buf += 512;
            }
            while (--cnt && r1 == 0);
            SD_SendCmd(CMD12, 0, 0X01);	//发送停止命令
        }
        SD_DisSelect();//取消片选
        return r1;//
    }
    
    /** * SD卡写一个扇区的数据 * @param buf 存放待写入的数据 * @param sector 扇区编号 * @param cnt 要写入的扇区个数 * @return 0：成功 other：失败 */
    uint8_t SD_WriteDisk(uint8_t*buf, uint32_t sector, uint8_t cnt)
    { 
        uint8_t r1;
        if (SD_Type != SD_TYPE_V2HC)sector *= 512; //转换为字节地址
        if (cnt == 1)
        { 
            r1 = SD_SendCmd(CMD24, sector, 0X01); //读命令
            if (r1 == 0) //指令发送成功
            { 
                r1 = SD_SendBlock(buf, 0xFE); //写512个字节
            }
        }
        else
        { 
            if (SD_Type != SD_TYPE_MMC)
            { 
                SD_SendCmd(CMD55, 0, 0X01);
                SD_SendCmd(CMD23, cnt, 0X01); //发送指令
            }
            r1 = SD_SendCmd(CMD25, sector, 0X01); //连续读命令
            if (r1 == 0)
            { 
                do
                { 
                    r1 = SD_SendBlock(buf, 0xFC); //接收512个字节
                    buf += 512;
                }
                while (--cnt && r1 == 0);
                r1 = SD_SendBlock(0, 0xFD); //接收512个字节
            }
        }
        SD_DisSelect();//取消片选
        return r1;//
    }

#ifndef _MMC_SD_H_
    #define _MMC_SD_H_
    
    #include "main.h"
    
    // SD卡扇区大小
    #define SD_SECTOR_SIZE 512U
    
    // SD卡类型定义
    #define SD_TYPE_ERR 0X00
    #define SD_TYPE_MMC 0X01
    #define SD_TYPE_V1 0X02
    #define SD_TYPE_V2 0X04
    #define SD_TYPE_V2HC 0X06
    
    // SD卡指令表
    #define CMD0 0 //卡复位
    #define CMD1 1
    #define CMD8 8 //命令8 ，SEND_IF_COND
    #define CMD9 9 //命令9 ，读CSD数据
    #define CMD10 10 //命令10，读CID数据
    #define CMD12 12 //命令12，停止数据传输
    #define CMD16 16 //命令16，设置SectorSize 应返回0x00
    #define CMD17 17 //命令17，读sector
    #define CMD18 18 //命令18，读Multi sector
    #define CMD23 23 //命令23，设置多sector写入前预先擦除N个block
    #define CMD24 24 //命令24，写sector
    #define CMD25 25 //命令25，写Multi sector
    #define CMD41 41 //命令41，应返回0x00
    #define CMD55 55 //命令55，应返回0x01
    #define CMD58 58 //命令58，读OCR信息
    #define CMD59 59 //命令59，使能/禁止CRC，应返回0x00
    
    //数据写入回应字意义
    #define MSD_DATA_OK 0x05
    #define MSD_DATA_CRC_ERROR 0x0B
    #define MSD_DATA_WRITE_ERROR 0x0D
    #define MSD_DATA_OTHER_ERROR 0xFF
    
    //SD卡回应标记字
    #define MSD_RESPONSE_NO_ERROR 0x00
    #define MSD_IN_IDLE_STATE 0x01
    #define MSD_ERASE_RESET 0x02
    #define MSD_ILLEGAL_COMMAND 0x04
    #define MSD_COM_CRC_ERROR 0x08
    #define MSD_ERASE_SEQUENCE_ERROR 0x10
    #define MSD_ADDRESS_ERROR 0x20
    #define MSD_PARAMETER_ERROR 0x40
    #define MSD_RESPONSE_FAILURE 0xFF
    
    // SD卡片选引脚控制，使用STM32CUBEMX配置SD卡片选引脚为输出模式并设置为高电平
    #define SD_CS_H() HAL_GPIO_WritePin(SD_CS_GPIO_Port, SD_CS_Pin, GPIO_PIN_SET)
    #define SD_CS_L() HAL_GPIO_WritePin(SD_CS_GPIO_Port, SD_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET)
    
    extern uint8_t  SD_Type;			//SD卡的类型
    
    //函数申明区
    uint8_t SD_WaitReady(void);							//等待SD卡准备
    uint8_t SD_GetResponse(uint8_t Response);					//获得相应
    uint8_t SD_Initialize(void);							//初始化
    uint8_t SD_ReadDisk(uint8_t*buf,uint32_t sector,uint8_t cnt);		//读块
    uint8_t SD_WriteDisk(uint8_t*buf,uint32_t sector,uint8_t cnt);		//写块
    uint32_t SD_GetSectorCount(void);   					//读扇区数
    uint8_t SD_GetCID(uint8_t *cid_data);                     //读SD卡CID
    uint8_t SD_GetCSD(uint8_t *csd_data);                     //读SD卡CSD
    
    #endif