一、概要

前段时间公司提出需求需要在EFR32BG22上用到TF卡，但是并不着急，然后以我的性格而言，你要么不说，这一说出扣我就手痒，于是，就。。。。。。

对于SD/TF卡而言，有两种驱动方式：SDIO和SPI，前者更适合SD卡的驱动，更加稳定、快速和方便。但是对于EFR32BG22来说，并没有SDIO的硬件接口，这里只能用SPI来驱动它。

EFR32自带硬件SPI，之前也用它来驱动过ADS1220(一款TI的24位ADC芯片)，有兴趣的可以过去看看：
ADS1220驱动代码
可能因为理解不够，在用硬件SPI驱动SD卡的时候，一直无法初始化通过，死在了ACMD41指令处，一直返回0x01，经过很多测试，甚至有投机取巧的方式，看上去是初始化过去了，但是在后面一直无法对SD卡进行正常读写，期间还把一块SD卡写坏了。

在这里特别声明一下，切勿直接对SD卡进行写操作（读操作无所谓），否则很容易将SD卡写坏。

后面我尝试直接用GPIO模拟SPI，时间已经是凌晨两点，可喜的是，竟然一次性过了。

既然搞了，就把SD卡相关的东西，搞深一点吧，下面记录一下SD卡相关的知识。

本文将分为三个部分学习记录：
（1）SD介绍，包括文档相关协议介绍：SD卡引脚排布即功能、相关寄存器以及命令格式；
（2）SD卡程序初始化流程以及读写；
（3）FATFS文件系统。

如果您觉得自己对SD卡有了一定的掌握，可以直接跳到下一篇，感谢批评指正：
SD/TF卡驱动（二）--------SD卡程序初始化流程以及读写

二、SD卡相关介绍

1.基本介绍

SD卡，中文名叫安全数码卡，由日本松下、东芝和美国SanDisk公司在1999年8月共同开发研制。2g重的他们容量却可以达到32GB以上。

SD卡按照容量分，可分为3类：SD卡、SDHC卡和SDXC卡
SD卡：0~2G
SDHC卡：2G~32G
SDXC卡：32G~2T
前面两种卡协议基本一致，但是SDXC卡协议就相差很大了。对于我们一般嵌入式设备而言，一般32G以下就基本够用了，所以下面大多都是介绍SD卡和SDHC卡的。

前面已经说过，SD卡的驱动一般可以有两种方式：
①SD模式（SDIO驱动）
②SPI模式
嵌入式主机可以任意选择两种中的一种进行通信，与SDIO相比，SPI最大的软肋就是速度问题，但是对于一般的设备而言，SPI的速度也足够满足日常要求。（STM32F103用SPI驱动SD卡，速度可以达到每秒2MByte的速度）。

需要说明的是，有任何问题，请查看SD卡协议文档，本文所有的说明皆出自这份文档说明：
SD卡协议文档

2.SD卡引脚排布及功能描述

SD卡的引脚排布如下：

其引脚功能描述如下所示（不知道为啥，没办法贴图，凑合看）：

针脚        1 		2		3		4		5		6		7		8		9
SDIO模式	CD/DAT3 CMD		VSS		VCC		CLK		VSS		DAT0	DAT1	DAT2
SPI模式		CS		MOSI	VSS 	VCC		CLK		VSS		MISO	NC		NC

上面的VCC只能使用3.3V，注意，切勿使用5V，各个引脚电平IO只支持3.3V。在SPI模式下，四个控制引脚都必须加10~100K的上拉电阻。若你的MCU引脚电平输出不是3.3V，可以参考下面的电路进行电平转换（注意不要照搬照抄，下面图片展示的是3.3V–>5V）：
IO电平转换

3.SD卡相关寄存器及命令格式

（1）SD卡一共有5个寄存器，其描述如下：

寄存器名		宽度		描述
CID 		128 	卡的识别码:用于识别单个卡的编号。
RCA 		16		卡的相对地址(这个寄存器在SPI模式下不可用)
CSD 		128 	卡的特性数据:是关于这个卡工作条件的相关信息，卡的容量等信息就保存在这个寄存器中
SCR 		64 		SD配置寄存器:关于这个SD卡的特殊功能的特性信息。
OCR 		32		工作条件寄存器(电压)

（2）命令格式
SD卡的命令格式在SD卡协议文档中有详细说明如下所示：

翻译下来如下：

字节1		  	字节2~5			字节6
7 6 5……0		31……0			7~1 0
0 1 command		命令参数			CRC 1

①SD卡的指令由6个字节组成，字节1的高两位固定为0 1，低六位为command，后续在代码中会讲到这一点。
②字节2~5为命令参数，需要注意的是，有些命令是没有参数的。
③字节6的高七位为CRC校验值，具体的计算方法有兴趣的可以查一下，挺复杂的，最低一位固定为1。

SD卡的命令总共有12类，有兴趣的可以看看协议文档P20：

在SPI模式下，并不是所有命令都支持，而且可以用的命令也不是都能用上（可参照协议文档P90），从大多数的资料来看，常用的就以下几个（为区分SPI模式还是SDIO模式）：

命令			参数					回复			描述
CMD0		无			  		R1			复位SD卡
CMD8		VHS+CHeck pattern	R7			发送接口状态命令（确定工作电平等）
CMD9		无					R1			读取卡特定数据寄存器
CMD10		无					R1			读取卡特定标志寄存器
CMD16		块大小				R1  		设置块大小
CMD17		地址				R1			读取一个块数据
CMD24		地址				R1			写入一个块数据
CMD41		无					R3			发送给主机容量支持信息和激活卡初始过程
CMD55		无					R1			告诉SD卡，下一个是特定应用命令
CMD58		无					R3			读取OCR寄存器

注意：SPI模式下，上面的命令中CMD41命令保留，不被支持，而支持的是ACMD41（A开头的CMD为特定应用程序的命令）
上面的命令中，CMD0、CMD8、CMD16、CMD41、CMD55、CMD58都是初始化中用到的。R1、R3和R7则是卡的回应，他们表示什么意思呢？我们找到SD卡协议文档P95看下：
Response R1：

Response R3：

当主机发来CMD58（READ_OCR）命令时，SD卡回复它R3格式数据，R3格式下有5byte，最高位byte为R1格式（如上），后面是四个字节为OCR寄存器值（一个32位的工作条件寄存器，与电压有关，感兴趣的可以看文档P74）。

Response R7：

当主机发送CMD8命令后，SD卡回复R7格式数据，一样是5byte，最高位byte为R1格式的数据，剩余四位如上图所示。这是检测SD卡是否支持哪个SD卡协议（2.0？1.0？）以及工作电压范围。