經過一周左右時間的摸索，終于明白了如何用msp30在SD卡實現FAT32文件系統(tǒng)，很開心～在學習的過程中，也發(fā)現一個問題，就是網上系統(tǒng)地講SD卡的資料很少，而講SDHC卡的資料則更少，所以決定寫一篇博客與大家分享，由于SDHC卡大部分內容都與SD卡一樣，所以下文除非是特別介紹SDHC卡，其余都會以SD卡代替SDHC卡。如果發(fā)現文中存在問題，歡迎指正，謝謝。
首先，我們先說明一下本文的主要內容，本文的主要側重點在于利用msp430（其它單片機應該類似）驅動SD卡。驅動方式選用SPI方式，驅動成功之后，將FAT32文件系統(tǒng)移植過來。所以如果想要仔細學習FAT32文件系統(tǒng)的，可以忽略本文了，想要快速地利用單片機在SD卡上實現FAT32文件系統(tǒng)的，可以看一下。大家可以交流一下。
一、開發(fā)之前的準備
1、準備WinHex工具
工欲善其事，必先利其器。在開發(fā)之前，我們必須要先準備好需要的工具，除了相應的單片機開發(fā)平臺，我們還需要一個很重要的工具，WinHex。WinHex可以直接查看磁盤內部的16進制數據。我們把SD卡用卡槽接到電腦上之后，打開WinHex，點擊Tools--Open Disk,然后在Physical Media下選擇自己的SD卡，即可打開自己的SD卡。如下圖所示。這里需要注意的是，一定要在Physical Media下選自己的SD卡，這樣看到才是物理地址，否則看到的是邏輯地址，可能會跟你的實際操作不一致，如你在地址為1024的地方寫了一段數據，用WinHex在這里卻看不到你寫的數據。
2、SD卡和SDHC卡
目前大家口頭上經常說的是SD卡，但實際上，目前所用的大容量的卡其實均是SDHC卡。SD的容量最大只能到2G，而SDHC卡的容量最小2G，最大32G。所以，如果你的“SD卡”的容量超過2G了，那其實那是SDHC卡。SD卡和SDHC卡在用戶使用上，除了容量大了，幾乎體會不到別的區(qū)別，但是在開發(fā)過程中，卻是存在一些區(qū)別的，SD卡是按字節(jié)尋址，SDHC卡是按塊尋址。這一點一定要記住。什么是按字節(jié)尋址，什么是按塊尋址，我們在下文會簡單講解。
3、尋址方式及“塊”和“簇”的簡單介紹
首先，我們介紹一下“塊”的概念，在SD卡或者SDHC卡里，一個塊是由512個字節(jié)組成，每次讀寫的時候，數據都是以塊為單位進行讀寫的。SD卡讀寫是按字節(jié)尋址，這是指其讀寫地址的單位為字節(jié)，而我們前面提到，讀寫的時候數據是以塊為單位進行讀寫的，所以讀寫SD卡的時候，其地址應該為512的倍數，即讀寫SD卡時，其地址參數為0，512，1024……而SDHC卡則是以塊為單位尋址的，即讀寫SDHC卡時，地址參數為1時，讀寫的地址實際上用512字節(jié)開始，到1023字節(jié)出結束。從WinHex中，我們也可以看到，在地址為512倍數的上一行，有一條線分割了上下兩行，這其實也就是把塊分割開了，看起來更清楚了。
在這里，我們再簡單介紹一下“簇”。我們在格式化SD卡的時候，可能會忽略一個選項，分配單元大小，如下圖所示，這個其實就是我們常說的“簇”。在文件系統(tǒng)中，存儲文件是以“簇”為單位進行存儲的。就比如說一棟樓,將它劃分為若干個房間,每個房間的大小一樣,同時給每個房間一個房間號.這時,每個房間的大小,就是分配單元. 在建立分區(qū)時，會出現分配單元大小的選項。每個簇只能存放一個文件。文件就是按照這個簇的大小被分成若干塊存儲在磁盤上的。比如一個512字節(jié)大的文件，當分配單元為512字節(jié)時，它占用512字節(jié)的存儲空間；一個513字節(jié)大的文件，當分配單元為512字節(jié)時，它占用1024字節(jié)的存儲空間，但當分配單元為4096時，它就會占用4096字節(jié)的存儲空間。所以，這也就解釋了為什么有時候我們明明看SD卡或者U盤上還有一定容量的存儲空間，卻存不下文件的問題。
二、SD卡命令介紹
SD卡里，用到的所有命令都是6個字節(jié)，第一個字節(jié)為命令代號，緊接著的4個字節(jié)為該命令所需的參數，最后一個字節(jié)為校驗。命令里，第一個字節(jié)可以通過命令數+0x40得到。如cmd8的第一個字節(jié)為0x48。
在SPI模式下，我們需要用到底命令如下表所示：
關于這些命令，這里有幾個注意事項：
1）CMD0的最后一個字節(jié)必須為0x95，因為SD卡剛上電還沒有處于SPI模式，還需要這樣一個校驗的字節(jié)來校驗，進入SPI模式之后，則不需要校驗了，最后一個字節(jié)可以隨意；
2）CMD55和CMD41(該命令也常稱為ACMD41)必須一起使用，這里所說的兩個一起使用是指兩個命令必須連續(xù)發(fā)送，而不是先一直發(fā)送CMD55，收到正確的回復之后，再一直發(fā)送CMD41,，這樣做的后果是一直收到0x05，不是收到0x00；此外，發(fā)送完CMD41之后，會先收到一個0x01，然后才是0x00；
3）讀寫SD卡時，SD卡和SDHC卡的地址信息是不同的，一個是以字節(jié)為單位，一個是以塊為單位；讀SD卡時，寫入CDM17之后，要一直讀，直道讀到0xfe，說明后續(xù)的512字節(jié)是數據；寫SD卡時，寫進數據之后，回復為0x05，說明成功寫入。
這些命令對應的回復整理的還不太全面，有些命令的回復是好幾個字節(jié)的，這里沒有詳細寫出。
三、開發(fā)過程
1、硬件方面
由于我們是采用SPI方式驅動SD卡，所以只需要用到4跟線，分別為片選信號線（CS）、數據輸入線（DIN）、數據輸出線（DOUT）和時鐘線（CLK）。這里，我的這四根線都采用外部上拉的方式上拉了。設計的原理圖如下圖所示。這里需要注意的是，SD卡的數據輸入應該接單片機的數據輸出，SD的數據輸出應該接單片機的數據輸入。
在SPI模式下，我們需要用到的4個腳的信息可以從下表中獲取，多于的一些腳在SPI模式下是用不到，這里所有的腳我都上拉了，其實有一些腳不上拉也沒關系，而且MSP430有些型號內部可以設置上拉的。此外，SD卡一般有9個引腳，原理圖里有11個引腳，主要是因為原理圖里畫的是卡槽，多出來的幾個引腳是檢測是否有卡，以及卡是否寫保護的。
2、軟件方面
軟件方面，我們可以分為四個步驟：
- 先編寫出利用SPI接口讀寫一個字節(jié)的函數
- 然后利用這些函數編寫出寫命令函數
- 利用寫命令函數寫出讀寫數據塊以及初始化函數
- 移植FAT32文件系統(tǒng)
（1）讀寫一個字節(jié)的函數
該函數有兩種方式實現，一個是利用單片機自帶的SPI模塊來實現，這種方式的好處是讀寫速度快，但是單片機上的SPI模塊數量有限，這樣不太靈活，另一個是利用普通IO實現，這樣的好處是使用十分靈活，但是速度不夠快，MSP430的IO的極限翻轉速度大概在320K左右。
（2）寫命令函數
寫命令函數其實是調用寫一個字節(jié)的函數，實現發(fā)送6個字節(jié)命令的效果，只是這里有一點需要注意，在寫命令函數里，為了提高兼容性，應該先拉高片選信號，給8個周期的時鐘信號之后，再拉低片選信號，開始發(fā)命令的操作。
（3）讀寫塊函數
讀寫塊函數其實是調用寫命令函數和讀一個字節(jié)的函數，這里需要注意的有兩點，一個就是上文提到的地址信息的問題，另一個就是在讀寫完塊數據之后，需要拉高片選信號，并且再給8個周期的時鐘信號，以提高穩(wěn)定性。
（4）初始化函數
初始化函數其實是整個SD卡驅動里，最為重要的一個環(huán)節(jié)，在SD卡的初始化階段里，為了能夠識別出多種類型的SD卡（MMC卡、SD卡、SDHC卡等），需要調用多條命令，并且根據應答數據來判斷是哪種類型的卡。在初始化的時候，需要注意的是要放慢SPI的速度，這樣初始化的成功率會高一些。具體初始化的過程，后面我會再整理一下，做成一張圖上傳的~
（5）移植FAT32文件系統(tǒng)
有了上述的基礎函數之后，就可以把FAT32文件系統(tǒng)移植過來了，只需要把底層的驅動函數改成自己寫的驅動函數就可以了~
四、總結
前段時間，想用MSP430在SD上實現FAT32文件系統(tǒng)，由于時間有限，自己只完成了SD卡的底層驅動這一部分。文件系統(tǒng)的實現，則要感謝znFAT的團隊，因為上層的文件系統(tǒng)是移植的他們的znFAT。感覺znFAT的可移植性真的很強，而且很穩(wěn)定，移植起來還是比較順利的~大家如果想對FAT32文件系統(tǒng)有深入的了解的話，可以買znFAT代碼編寫者寫的一本書看下，目前簡單翻了一遍，感覺思路很清晰的~
最后要感謝網上眾多技術達人對于SD卡驅動的總結，之前也遇到不少奇奇怪怪的問題，也是看很多他們的總結，才能順利完成這個任務~
