SPI模式下SD卡的读写

SPI模式下SD卡的读写一、前置知识

在介绍SD卡的SPI模式的读写之前，我们需要了解一些前置知识。

1.SD卡简介

SD卡（SecureDigitalCard）是一种常用的储存设备，它采用了非易失性的闪存芯片来存储数据，并且内置有一个用于管理数据的控制器。SD卡的容量通常是以GB为单位来计量的。

2.SPI通信协议

SPI（SerialPeripheralInterface）通信协议是一种串行通信协议，常用于嵌入式系统中的外设通信，其特点是数据传输速度快，但只能在短距离内传输数据，通常被用于芯片内部的数据传输。

3.文件系统

SD卡中存储数据通常需要一个文件系统，文件系统用来管理SD卡中的文件，它可以让存储数据更加有序和规整，同时也能够帮助读写SD卡中的数据。

4.FAT文件系统

FAT（FileAllocationTable）文件系统是一种常用的文件系统，它可以让操作系统更容易地读写SD卡中的数据。FAT文件系统将SD卡中的数据分成若干个簇（cluster），每个簇包含若干个扇区。每个簇都有一个FAT表项来标记这个簇的状态，如该簇是否被占用等信息。这样，操作系统可以很方便地管理SD卡中的数据。

二、SD卡的SPI模式

SD卡有两种通信模式：SPI模式和SD模式。其中，SPI模式是一种串行通信模式，它不仅可以减少通信线路的数量，简化硬件接口，而且数据传输速度也相对较快，在实际应用中也更为常用。SD卡的SPI通信使用的是四线式的SPI协议。

1.四线式SPI协议

SPI协议由四条线组成，分别是：

SCLK：时钟线

MOSI：主机输出从机输入线

MISO：主机输入从机输出线

CS：从机片选线

在SPI通信过程中，CS线起到了从机片选的作用，MOSI和MISO的方向是根据主机和从机之间的传输方向来确定的。通常情况下，主机先发送数据给从机，因此MOSI是主机输出，而MISO是从机输入。

SPI协议的通信方式可以分为三种：

1.全双工模式：主机和从机同时可以进行发送和接收操作。

2.半双工模式：主机和从机可以交替进行发送和接收操作，但不能同时进行。

3.单向模式：主机只能发送数据给从机，或只能从从机接收数据。

在SD卡的SPI通信中，采用的是半双工模式。每次通信时，主机先输出一个命令给SD卡，SD卡接收到命令之后，执行该命令，并将结果输出给主机。因此，在SD卡的SPI通信中，主机和SD卡之间的通信是交替进行的。

2.SD卡SPI模式的读写流程

在SD卡SPI模式的读写中，主机需要完成以下几个步骤：

1.初始化SD卡

主机需要先发送一串初始化命令序列给SD卡，以激活SD卡，同时确定SD卡的通信速率、总线宽度等参数。SPI通信中的时钟频率会影响数据传输的速度。通常情况下，SD卡支持的时钟频率为20MHz，但在实际应用中，为了稳定性和可靠性，通常会将时钟频率降低。比如，在ArduinoUNO板上，SD卡SPI通信的时钟频率一般设为4MHz。

2.发送读取命令

主机需要向SD卡发送一个读取命令（CMD17），该命令包含了需要读取的数据的起始地址（LBA）。在发送命令之前，需要先发送一个片选信号，以唤醒SD卡，使SD卡处于可读状态。

3.等待SD卡响应

SD卡接收到命令之后，需要发送响应消息给主机。响应消息可以分为两种类型：正常响应消息和错误响应消息。如果SD卡成功接收到命令并开始读取数据，将会发送一个正常响应消息（R1），主机需要等待SD卡发送完R1消息之后，才能开始读取数据。

如果SD卡在读取过程中出现了错误，比如读取位置超出了SD卡容量范围，SD卡会发送一个错误响应消息（R1b）。主机需要等待SD卡发送完R1b消息之后，才能重新发送命令。

4.读取数据

主机从SD卡中读取数据的方式是不断发送读取指令（CMD17）和读取数据（DATA）的操作，直到读取到要求的数据。在每次发送命令之前，都需要先发送一个片选信号来唤醒SD卡，并等待SD卡响应。

5.发送写入命令

主机向SD卡写入数据的流程跟读取数据的流程类似，只是发送的是写入命令（CMD24），该命令包含了需要写入数据的起始地址（LBA）。mainchips只不过在写入数据之前需要先发送一串数据块，以告诉SD卡主机将要写入的数据长度和内容。

6.等待SD卡响应

SD卡在接收到命令之后，会发送响应消息（R1）给主机。在写入一个数据块之前，主机需要等待SD卡发送完R1消息之后，才能写入数据块。

7.写入数据

主机向SD卡写入数据的方式也是将数据块拆分成若干个字节，每次发送一个字节给SD卡，直到写入完所有数据。

8.发送完毕

主机将所有数据写入SD卡之后，需要发送一个停止信号，以结束该次数据传输，并释放片选信号。这样，SD卡就可以进入休眠状态，等待下一次读写操作。

三、SD卡SPI模式的实现

在进行SD卡的SPI模式的读写之前，需要先确定硬件的连接方式。通常情况下，SD卡需要通过SPI接口连接到主机。在连接时需要注意以下几点：

1.电源连接要正常

SD卡的工作电压是3.3V（有些SD卡还可以支持5V电压）。主机上需要连接一个3.3V的电源，用来给SD卡供电。同时，还需要连接一个GND线，以确保SD卡和主机之间的电位差。

2.确定SPI接口的引脚

在SPI接口中，SCLK引脚需要连接主机的时钟线，MOSI和MISO分别连接主机的输出和输入线，CS引脚连接主机的CS线。

3.确定SD卡的信号引脚

在SD卡中，DAT0~3引脚用来传输数据，CD引脚用来检测SD卡是否插入，WP引脚用来控制SD卡的读写保护。这些引脚需要接入主机的相应IO口，以完成相应功能。

在连接好硬件之后，就可以开始进行SD卡SPI模式的读写操作了。具体实现过程如下：

1.初始化SD卡

在初始化SD卡之前，需要先设置SPI接口的参数，如时钟频率、数据位数、传输模式等。主机会向SD卡发送多个命令，以激活SD卡，并获取具体的SD卡参数，如总容量、文件系统等。

```

#include<SPI.h>

#include<SD.h>

#defineCS_PIN4

voidsetup(){

Serial.begin(9600);

while(!Serial);

Serial.println("InitializingSDcard...");

if(!SD.begin(CS_PIN)){

Serial.println("SDcardinitializationfailed!");

return;

}

Serial.println("SDcardinitializationdone.");

}

```

在初始化命令被发送时，需要先使片选线处于低电平，表示SD卡处于可读可写状态。在初始化完成后，需要将片选线恢复为高电平，让SD卡进入休眠状态。

2.读取文件

在SD卡上读取文件的操作可以分为以下几步：

1.打开文件

使用SD.open()函数打开文件，该函数有两个参数，一个是需要打开的文件名，另一个是文件打开模式（可读、可写、追加等）。

```

FilemyFile=SD.open("test.txt",FILE_READ);

if(myFile){

Serial.println("Openedfile:");

while(myFile.available()){

Serial.write(myFile.read());

}

myFile.close();

}else{

Serial.println("Failedtoopenfile.");

}

```

2.读取文件内容

使用File.read()函数读取文件内容，该函数每次只能读取一个字节的数据，因此需要使用循环语句不断读取，直到文件读取结束。

```

while(myFile.available()){

Serial.write(myFile.read());

}

```

3.关闭文件

使用File.close()函数关闭文件，释放文件的句柄和资源。

```

myFile.close();

```

3.写入文件

在SD卡上写入文件的操作可以分为以下几步：

1.打开文件

使用SD.open()函数打开文件，该函数有两个参数，一个是需要打开的文件名，另一个是文件打开模式（可读、可写、追加等）。

```

FilemyFile=SD.open("test.txt",FILE_WRITE);

if(myFile){

myFile.println("HelloWorld!");

myFile.close();

Serial.println("Writedone.");

}else{

Serial.println("Failedtoopenfile.");

}

```

2.写入文件内容

使用File.print()、File.println()等函数向文件中写入数据，可以同时指定要写入的数据格式，如字符串、数字等。

```

myFile.println("HelloWorld!");

```

3.关闭文件

使用File.close()函数关闭文件，释放文件的句柄和资源。

```

myFile.close();

```

四、总结

SD卡的SPI模式是一种常用的储存数据的方法，它通过串行通信协议传输数据，具有数据传输速度快、连接方便等特点，在嵌入式系统中应用广泛。在进行SD卡的SPI模式读写操作时，需要先进行硬件连接，然后使用相应的库函数进行读写操作，最后关闭文件、释放资源等操作。同时，在进行SD卡SPI模式的读写操作时，还要注意SD卡的容量、文件系统等参数，确保读取和写入的数据是正确的。一、前言

随着物联网的发展，嵌入式系统的应用越来越广泛。嵌入式系统通常有严格的资源限制，因此需要使用高效的存储方案来保存数据。在这种情况下，SD卡就成为了一种常用的存储设备之一。SD卡不仅具有容量大、体积小、价格低廉等优点，而且支持多种通信协议，在不同的场景下都有着广泛的应用。

本文主要介绍SD卡的SPI模式读写，首先对SD卡的SPI模式进行了简要介绍，然后详细介绍了SD卡的SPI模式读写流程，包括初始化、读取、写入等操作，最后总结了相关数据并进行了分析。

二、SD卡的SPI模式介绍

1.SD卡的基本结构

SD卡是一种储存设备，主要由下图所示的几个部分组成：


如上图所示，SD卡由控制器、控制线路、闪存储存单元、引脚接口等部分组成。

2.SPI模式通信

SPI（SerialPeripheralInterface）是一种串行通信协议，常见于嵌入式系统中的设备通信。SPI通信协议中通信速度快、使用简单，在小型嵌入式设备中应用广泛。SPI模式是SD卡最常用的通信模式之一。

SPI通信需要使用以下的四条线进行数据传输：

SCLK：时钟线

MOSI：主机输出从机输入线

MISO：主机输入从机输出线

CS：从机片选线

在SPI通信中，主机通过SCLK控制时序与输出数据，从而完成与SD卡的数据交互。

3.SD卡的SPI读写流程

SD卡的SPI模式读写过程相对复杂，需要遵循复杂的流程。总体而言，SPI读写的流程大致如下：

1.应用初始化

在SD卡SPI通信之前，需要在应用层面进行初始化。包括对SD卡进行初始化、设置SPI通信参数等操作。

2.SD卡初始化

初始化SD卡需要向SD卡发送特定的命令序列，结束后SD卡已响应并准备进入SPI模式工作。

3.通道选择

在访问SD卡时，需要先选择通道并向SD卡发送特定的命令，指定要访问的文件或数据区。

4.数据传输

数据传输分为读取、写入和以块为单位的读取、写入。在读取和写入数据时，需要先向SD卡发送指定命令，然后按照相应的协议进行数据传输。

5.地址指针控制

在读取和写入数据时，需要对SD卡的地址指针进行控制，确保读取和写入的数据的正确性。

6.状态判断

在所有的读写操作完成之后，需要通过相应的命令和状态指示器来判断操作是否成功。

三、SD卡SPI模式的读写流程

1.应用初