Obsługa kart pamięciowych SD, cz.1.pdf

(1270 KB) Pobierz

094-096_karty_SD_cz1.indd

KURS

Obsługa kart pamięciowych

SD, część 1

Gromadzenie i przechowywanie

danych jest zadaniem często wyko-

nywanym przez urządzenia mikro-

procesorowe. Jednym z ważniejszych

cech pamięci magazynujących dane

jest odporność na zanik zasilania.

Do niedawna powszechnie stosowano

pamięci RAM z podtrzymaniem ba-

teryjnym. Rozwiązanie to jest nadal

stosowane przy wykorzystaniu pa-

mięci SRAM wykonanych w techno-

logii CMOS. Pobierają one tak mało

prądu, że do podtrzymania zwartości

na wiele miesięcy wystarczy bate-

ria litowa 3 V (np. typu CR2032).

Pamięci SRAM są stosowane, kiedy

bardzo istotny jest czas dostępu do

danych (szczególnie zapisu), nie jest

wymagana duża pojemność i nie ma

potrzeby przenoszenia nośnika z urzą-

dzenia do urządzenia.

Innym chętnie stosowanym roz-

wiązaniem są pamięci typu EEPROM

i Flash. Szczególnie te ostatnie prze-

żywają okres burzliwego rozwoju.

Są wykorzystywane nie tylko do

gromadzenia danych, ale też jako

wielokrotnie zapisywalne pamięci

programu w mikrokontrolerach. Nie

potrzebują napięcia podtrzymującego

i wraz z rozwojem technologii skraca

się czas zapisu danych. Pamięci tego

typu mogą mieć interfejs szeregowy

(np. I 2 C lub SPI). Stosowane są wte-

dy jako pamięci konﬁguracyjne, do

przechowywania niewielu, ale za to

istotnych informacji.

Flash–owe karty pamięciowe są od dawna chętnie używane nawet

w aplikacjach amatorskich do trwałego zapisywania danych. Do

tej pory największą popularnością cieszyła się do tego karta typu

MMC, jednak jej nowocześniejsza następczyni – karta SD szybko

zdobywa sobie należne jej zainteresowanie.

Wspomniany już szybki rozwój

technologii produkcji pamięci Flash

umożliwił produkowanie pamięci

o coraz większej pojemności i krótkim

czasie dostępu. Ponieważ nie wyma-

gają one napięcia podtrzymania, to

powstał pomysł, żeby umieścić je

w małej obudowie ze stykami inter-

fejsu komunikacyjnego i zasilania. Tak

powstały karty Compact Flash, MMC

i SD.

Karty SD zostały opracowane

przez 3 ﬁrmy: Matsushita Electric

Company, Toshiba Corporation, i San-

Disk Corporation. Są one naturalną

kontynuacją zaprojektowanych wcze-

śniej kart MultiMediaCard – MMC.

Produkowane obecnie karty SD

charakteryzują się dużą prędkością

zapisywania i odczytywania danych,

a ich pojemność sięga 4 GB. Są uży-

wane głównie jako pamięci masowe

w cyfrowych aparatach fotograﬁcz-

nych, kamerach, odtwarzaczach MP3,

komputerach itp.

Karty SD mają wbudowany me-

chanizm korekcji błę-

dów zapisu i odczytu

danych. Ten mecha-

nizm może być porów-

nywany z analogicznym

rozwiązaniem stosowa-

nym w twardych dys-

kach komputerów, ale

zawiera dodatkowe roz-

wiązania niespotykane

w napędach HDD. Po

zapisaniu danych we-

wnętrzny mikrokontro-

ler karty SD przepro-

wadza procedurę wery-

ﬁkacji, czyli odczytuje

zapisane dane i porów-

nuje je z danymi przeznaczonymi do

zapisania. Weryﬁkacja jest przeprowa-

dzana automatycznie bez udziału ze-

wnętrznego mikrokontrolera – hosta.

W przypadku, gdy zostanie wykryty

błędnie zapisany bit, jest on zapisy-

wany jako bit nadmiarowy bez zmia-

ny wewnętrznego adresowania bloku

danych. Jeżeli jest to konieczne, to

cały blok danych jest przepisywany

w obszar pamięci nadmiarowej. Do-

tyczy to wykrywania błędów spora-

dycznych i jest całkowicie przeźroczy-

ste dla hosta oraz nie zajmuje gwa-

rantowanej pojemności pamięci karty.

Jeśli występują błędy przy odczy-

tywaniu, to wewnętrzne algorytmy

inicjują ponowne odczytanie danych.

Gdy zabiegi te nie dają oczekiwa-

nych rezultatów, to stosowany jest

system korekcji danych ECC. ECC

koryguje błędy odczytu i skorygowa-

ny bit jest zapisywany w pamięci

nadmiarowej, tak by przy następnym

odczytaniu nie stanowił problemu.

Karty SD mogą być wyposażone

w mechanizm ograniczania poboru

energii w czasie bezczynności. Na

przykład karty SanDisk przechodzą

w stan uśpienia, jeżeli po zakończe-

niu komendy przez 5 ms nie zosta-

nie przesłana kolejna

komenda. Karta jest

wybudzania, kiedy host

zacznie wysyłać do

niej komendę.

Standard SD opisuje

dokładnie budowę karty

i protokół wymiany in-

formacji. Karta SD jest

umieszczona w plasti-

kowej obudowie o wy-

miarach 32x24x2,1 mm

pokazanej na rys. 1 .

Z boku obudowy

umieszczono mecha-

niczny przełącznik pro-

tekcji zapisu ( rys. 2 ).

Położenie przełącznika nie jest spraw-

dzane przez układy wewnętrzne karty

i nie powoduje blokowania zapisania

danych, ale tylko zwiera lub roz-

wiera dedykowany styk złącza karty.

Parametry kart CD

– Pojemność do 4 GB pamięci Flash

– Magistrala standardu SDBus lub SPI

– Zakres napięć zasilających 2,0...3,6 V

dla komend inicjalizacji i 2,7...3,6 V dla

pozostałych komend (zapisu odczytu

i kasowania)

– Częstotliwość taktowania danych

0...25 MHz

– Przesyłanie danych z prędkością do

12,5 MB/sec (magistralą SDBus)

– Korekcja zapisu i odczytu błędów pamięci

Flash

– Mechanizm protekcji praw autorskich

– Zabezpieczenie hasłem (dla wybranych

modeli)

– Mechanicznie włączana protekcja zapisu

– Programowo włączana protekcja zapisu

(czasowo i na stałe)

– Detekcja włożenia karty do złącza

– Dodatkowe komendy aplikacji (ACMD)

Rys. 1. Wygląd karty SD

94

Elektronika Praktyczna 12/2007

649300962.361.png

649300962.372.png

KURS

Rys. 2. Przełącznik protekcji zapisu

złoconych pól kontakto-

wych ponumerowanych

od 1 do 9.

Drugą część inter-

fejsu ﬁzycznego stano-

wi standardowe złącze

SD. Każde z pól karty

po włożeniu do złącza

kontaktuje z odpowia-

dającym mu stykiem.

Standardowe złącze kar-

ty SD oprócz wyprowa-

dzeń dziewięciu styków

karty ma 2 dodatkowe wyprowadze-

nia. Wyprowadzenie 10 sygnalizuje

włożenie karty do złącza ( card detect ),

a wyprowadzenie 11 wspomnianą już

protekcję zapisu ( write protect ). Złącza

kart SD są montowane w technologii

montażu powierzchniowego ( rys. 4 ).

Styki karty i złącze SD pozwalają na

ﬁzyczne podłączenie do karty – jest

to interfejs ﬁzyczny.

Interfejs elektryczny deﬁniuje za-

kres napięć zasilających, pobierany

prąd, poziomy logiczne, zależności

czasowe itp. Standardowo karty są

zasilane napięciem +3,3 V, jednak

standard dopuszcza zasilanie innymi

napięciami. Jeżeli karta będzie w cza-

sie zapisu/odczytu danych zasilana

napięciem innym niż zaleca produ-

cent, to może ulec uszkodzeniu lub

dane nie będą prawidłowo zapisywa-

ne lub odczytywane. Każda karta SD

może wykonać sekwencję inicjalizacji

(komendy CMD0,

CMD15, CMD55

i ACMD41) w peł-

nym zakresie na-

pięć zasilających

2,0...3,6 V. W trak-

cie inicjalizacji

można odczytać

z karty zakodo-

wane napięcie

zasilania i w cza-

sie dalszej pracy:

przy zapisywaniu,

kasowaniu i odczy-

tywaniu danych

musi być ustawione takie

napięcie zasilania. Napię-

cie zasilające kartę jest też

często wydrukowane na jej

obudowie.

Do poprawnego restartu

wewnętrznego mikrokontro-

lera konieczne jest, by na-

pięcie zasilania narastało

od 0 V do 2,0 V w czasie

ok. 250 ms. Ten czas jest

tak dobrany, że restart jest

poprawny z większością

układów zasilania z popularnymi sta-

bilizatorami scalonymi.

Ponieważ karta, a co za tym

idzie wewnętrzne układy magistra-

li mogą być zasilane różnymi na-

pięciami, to akceptowane poziomy

logiczne mogą mieć różne wartości.

Wyjściowy stan wysoki ma minimal-

ną wartość VOH=0,75 Vdd. Wyjścio-

wy stan niski VOL ma maksymalną

wartość 0,125 Vdd. Karta na swoich

wejściach akceptuje poziom wysoki

VIH z zakresu 0,625 Vdd...Vdd+0,3 V

i poziom niski VIL z zakresu Vss–

–0,3 V...0,25 Vdd (Vss=0 V).

Złącza kart SD są tak skonstru-

owane, że można wsuwać i wysuwać

z nich kartę bez wyłączania napięcia

zasilającego. Przy wkładaniu karty

najpierw zaczynają kontaktować sty-

ki zasilające kartę, a potem pozosta-

łe styki. Podobne rozwiązanie jest

stosowane w komputerowych kartach

PCMCIA.

Wszystkie linie sygnałowe magi-

strali SDBus i SD SPI powinny być

połączone do plusa zasilania przez

rezystory podciągające ( rys. 5 ). Zapo-

biega to powstawaniu stanów nieusta-

lonych na tych liniach po włożeniu

karty do złącza lub w chwilach, gdy

wewnętrzny interfejs magistrali prze-

chodzi w stan wysokiej impedancji.

Rezystor RWP wymusza stan wysoki

na styku 11 złącza karty sygnalizują-

cym protekcje zapisu. Podobnie styk

10 złącza karty sygnalizujący włoże-

nie karty powinien być podciągnięty

do plusa zasilania.

Z kartą SD można się komuniko-

wać w dwu trybach : SD Bus Mode

i SPI Mode . Tryby różnią się mię-

dzy sobą funkcjami wyprowadzeń

karty (nie dotyczy to zasilania)

i szerokością magistrali. Na rys. 6

pokazano topologię łączenia kart do

magistrali SD Bus. Sygnał zegarowy

i zasilanie są wspólne, ale linie da-

nych i CMD muszą być osobne dla

każdej z kart.

W trakcie inicjalizacji, komendy

są przesyłane do każdej z kart in-

dywidualnie. Można w ten sposób

wykryć, która karta jest włożona

w złącze i przypisać jej logiczny ad-

res. Zapisywane i odczytywane dane

są zawsze przesyłane indywidualnie

do każdej z kart.

W czasie pracy z magistralą SDBus

można dynamicznie konﬁgurować

liczbę linii danych magistrali każdej

z kart. Po włączeniu zasilania karty

do komunikacji używana jest tylko

linia DAT0 i wszystkie komendy ini-

Stan styku tego może być odczytywa-

ny przez zewnętrzny mikrokontroler

i to on decyduje, czy protekcja zapi-

su jest aktywna czy nie. Kartę łączy

się z hostem przez ﬁzyczny interfejs

składający się ze styków karty i złą-

cza SD. Na rys. 3 pokazano rozkład

styków wyprowadzeń karty. Jest to 9

Rys. 3. Rozkład wyprowadzeń karty

SD

Rys. 4. Złącze karty SD (widok z góry)

Rys. 5. Rezystory podciągające magistrali SDBus

Elektronika Praktyczna 12/2007

95

649300962.383.png

649300962.394.png

649300962.001.png

649300962.012.png

649300962.023.png

649300962.034.png

649300962.045.png

649300962.056.png

649300962.067.png

649300962.078.png

649300962.089.png

649300962.100.png

649300962.111.png

649300962.122.png

649300962.133.png

649300962.144.png

649300962.155.png

649300962.166.png

649300962.177.png

649300962.188.png

649300962.199.png

649300962.210.png

649300962.221.png

649300962.232.png

649300962.243.png

649300962.254.png

649300962.265.png

649300962.276.png

649300962.287.png

649300962.298.png

649300962.309.png

649300962.320.png

649300962.331.png

649300962.342.png

649300962.343.png

649300962.344.png

649300962.345.png

649300962.346.png

649300962.347.png

649300962.348.png

649300962.349.png

649300962.350.png

649300962.351.png

649300962.352.png

649300962.353.png

649300962.354.png

649300962.355.png

649300962.356.png

649300962.357.png

649300962.358.png

649300962.359.png

649300962.360.png

649300962.362.png

649300962.363.png

649300962.364.png

649300962.365.png

649300962.366.png

649300962.367.png

649300962.368.png

649300962.369.png

649300962.370.png

649300962.371.png

649300962.373.png

649300962.374.png

649300962.375.png

649300962.376.png

649300962.377.png

649300962.378.png

649300962.379.png

649300962.380.png

649300962.381.png

649300962.382.png

649300962.384.png

649300962.385.png

649300962.386.png

649300962.387.png

649300962.388.png

649300962.389.png

649300962.390.png

649300962.391.png

649300962.392.png

649300962.393.png

649300962.395.png

649300962.396.png

649300962.397.png

649300962.398.png

649300962.399.png

649300962.400.png

649300962.401.png

649300962.402.png

649300962.403.png

649300962.404.png

649300962.002.png

649300962.003.png

649300962.004.png

649300962.005.png

649300962.006.png

649300962.007.png

649300962.008.png

649300962.009.png

649300962.010.png

649300962.011.png

649300962.013.png

649300962.014.png

649300962.015.png

649300962.016.png

649300962.017.png

649300962.018.png

649300962.019.png

649300962.020.png

649300962.021.png

649300962.022.png

649300962.024.png

649300962.025.png

649300962.026.png

649300962.027.png

649300962.028.png

649300962.029.png

649300962.030.png

649300962.031.png

649300962.032.png

649300962.033.png

649300962.035.png

649300962.036.png

649300962.037.png

649300962.038.png

649300962.039.png

649300962.040.png

649300962.041.png

649300962.042.png

649300962.043.png

649300962.044.png

649300962.046.png

649300962.047.png

649300962.048.png

649300962.049.png

649300962.050.png

649300962.051.png

649300962.052.png

649300962.053.png

649300962.054.png

649300962.055.png

649300962.057.png

649300962.058.png

649300962.059.png

649300962.060.png

649300962.061.png

649300962.062.png

649300962.063.png

649300962.064.png

649300962.065.png

649300962.066.png

649300962.068.png

649300962.069.png

649300962.070.png

649300962.071.png

649300962.072.png

649300962.073.png

649300962.074.png

649300962.075.png

649300962.076.png

649300962.077.png

649300962.079.png

649300962.080.png

649300962.081.png

649300962.082.png

649300962.083.png

649300962.084.png

649300962.085.png

649300962.086.png

649300962.087.png

649300962.088.png

649300962.090.png

649300962.091.png

649300962.092.png

649300962.093.png

649300962.094.png

649300962.095.png

649300962.096.png

649300962.097.png

649300962.098.png

649300962.099.png

649300962.101.png

649300962.102.png

649300962.103.png

649300962.104.png

649300962.105.png

649300962.106.png

649300962.107.png

649300962.108.png

649300962.109.png

649300962.110.png

649300962.112.png

649300962.113.png

649300962.114.png

649300962.115.png

649300962.116.png

649300962.117.png

649300962.118.png

649300962.119.png

649300962.120.png

649300962.121.png

649300962.123.png

649300962.124.png

649300962.125.png

649300962.126.png

649300962.127.png

649300962.128.png

649300962.129.png

649300962.130.png

649300962.131.png

649300962.132.png

649300962.134.png

649300962.135.png

649300962.136.png

649300962.137.png

649300962.138.png

649300962.139.png

649300962.140.png

649300962.141.png

649300962.142.png

649300962.143.png

649300962.145.png

649300962.146.png

649300962.147.png

649300962.148.png

649300962.149.png

649300962.150.png

649300962.151.png

649300962.152.png

649300962.153.png

649300962.154.png

649300962.156.png

649300962.157.png

649300962.158.png

649300962.159.png

649300962.160.png

649300962.161.png

649300962.162.png

649300962.163.png

649300962.164.png

649300962.165.png

649300962.167.png

649300962.168.png

649300962.169.png

649300962.170.png

649300962.171.png

649300962.172.png

649300962.173.png

649300962.174.png

649300962.175.png

649300962.176.png

649300962.178.png

649300962.179.png

649300962.180.png

649300962.181.png

649300962.182.png

649300962.183.png

649300962.184.png

649300962.185.png

649300962.186.png

649300962.187.png

649300962.189.png

649300962.190.png

649300962.191.png

649300962.192.png

649300962.193.png

649300962.194.png

649300962.195.png

649300962.196.png

649300962.197.png

649300962.198.png

649300962.200.png

649300962.201.png

649300962.202.png

649300962.203.png

649300962.204.png

649300962.205.png

649300962.206.png

649300962.207.png

649300962.208.png

649300962.209.png

649300962.211.png

649300962.212.png

649300962.213.png

649300962.214.png

649300962.215.png

649300962.216.png

649300962.217.png

649300962.218.png

649300962.219.png

649300962.220.png

649300962.222.png

649300962.223.png

649300962.224.png

649300962.225.png

649300962.226.png

649300962.227.png

649300962.228.png

649300962.229.png

649300962.230.png

649300962.231.png

649300962.233.png

649300962.234.png

649300962.235.png

649300962.236.png

649300962.237.png

649300962.238.png

649300962.239.png

649300962.240.png

649300962.241.png

649300962.242.png

649300962.244.png

649300962.245.png

649300962.246.png

649300962.247.png

649300962.248.png

649300962.249.png

649300962.250.png

649300962.251.png

649300962.252.png

649300962.253.png

649300962.255.png

649300962.256.png

649300962.257.png

649300962.258.png

649300962.259.png

649300962.260.png

649300962.261.png

649300962.262.png

649300962.263.png

649300962.264.png

649300962.266.png

649300962.267.png

649300962.268.png

649300962.269.png

649300962.270.png

649300962.271.png

649300962.272.png

649300962.273.png

649300962.274.png

649300962.275.png

649300962.277.png

649300962.278.png

649300962.279.png

649300962.280.png

649300962.281.png

649300962.282.png

649300962.283.png

649300962.284.png

649300962.285.png

649300962.286.png

649300962.288.png

649300962.289.png

649300962.290.png

649300962.291.png

649300962.292.png

649300962.293.png

649300962.294.png

649300962.295.png

649300962.296.png

649300962.297.png

649300962.299.png

649300962.300.png

649300962.301.png

649300962.302.png

649300962.303.png

649300962.304.png

649300962.305.png

649300962.306.png

649300962.307.png

649300962.308.png

649300962.310.png

649300962.311.png

649300962.312.png

649300962.313.png

649300962.314.png

649300962.315.png

649300962.316.png

649300962.317.png

649300962.318.png

649300962.319.png

649300962.321.png

649300962.322.png

649300962.323.png

649300962.324.png

649300962.325.png

649300962.326.png

649300962.327.png

649300962.328.png

649300962.329.png

649300962.330.png

649300962.332.png

649300962.333.png

649300962.334.png

649300962.335.png

KURS

Rys. 8. Zależności pomiędzy sygnałem zegarowym,

a danymi wejściowymi i wyjściowymi

Rys. 6. Topologia magistrali SD Bus

w tryb SPI używający

wyprowadzenia numer

7 (linia DAT0) jako li-

nii DO (dane wyjścio-

we SPI). Kiedy inicja-

lizacja jest zakończona,

to host może zmienić

liczbę linii danych

SDBus. Użycie 4 li-

nii danych umożliwia

uzyskanie najwyższej

gwarantowanej przez

producenta prędko-

ści transferu danych.

W tab. 1 zostały zesta-

wione funkcje wypro-

wadzeń karty pracują-

cej w trybie SDBus.

Tr y b S D B u s

mimo, że pozwala na

szybszy transfer jest

skomplikowany w im-

plementacji i dlatego

przewidziano możli-

wość przesyłania da-

nych szeregową ma-

gistralą SPI. Interfejs

SPI jest prosty w im-

plementacji, a poza

tym wiele mikrokon-

trolerów ma wbudo-

wany taki interfejs

sprzętowy.

W trybie SPI do

jednej magistrali zło-

żonej z linii SCLK

(zegar), DO (dane wyjściowe karty),

DI (dane wejściowe karty), można

dołączyć kilka kart ( rys. 7 ). Funkcje

wyprowadzeń karty SD pracującej

w trybie SPI zestawiono w tab. 2.

Magistrala pracuje w układzie MA-

STER – host i SLAVE – karty SD.

Aktywna karta jest wybierana wy-

muszeniem stanu niskiego na jej

linii CS w czasie przesyłania do

niej komendy. CS musi pozostać

w stanie niskim także w trakcie od-

bierania potwierdzeń i odczytywania

danych. Wyjątkiem jest czas, w któ-

rym dane są zapisywane. CS może

przejść wtedy w stan wysoki lub

pozostać w stanie niskim. W trybie

SPI wszystkie linie są jednokierun-

kowe. Nie jest możliwe wysyłanie

komend, kiedy są wysyłane lub od-

bierane dane. Dopuszczona jest tyl-

ko możliwość wysyłania komendy

stopu w trakcie wysyłania/odbiera-

nia danych multisektorowych ( multi

read/write operation ).

Na rys. 8 pokazano taktownie

danych wejściowych i wyjściowych

przez sygnał zegarowy. Dane są

ustalane w czasie, gdy linia zegaro-

wa jest w stanie niskim i przesyłane

przy narastającym zboczu sygnału

zegarowego.

Następna porcja informacji do-

tyczących interfejsu kart pamięcio-

wych SD oraz sposobu ich obsługi

będzie zamieszczona w kolejnych

częściach artykułu.

Tomasz Jabłoński, EP

tomasz.jablonski@ep.com.pl

Rys. 7. Topologia magistrali SD SPI

cjalizacji są przesyłane tą linią. Jest

to podyktowane koniecznością za-

pewnienia możliwości przełączenia

Tab. 2. Wyprowadzenia karty SD

w trybie SPI

Pin Nazwa Linia Opis

1 CS Wejście Chip select – aktywne

zero

2 DI Wejście Data In – wejście

danych

3 GND Zasilanie Masa

4 Vdd Zasilanie Zasilanie +3,3V

5 SCLK Wejście Linia zegarowa

6 GND Zasilanie Masa

7 DO Wyjście Wyjście danych Open

Drain

8 ––– ––– Tryb SPI rezerwa

9 ––– ––– Tryb SPI rezerwa

Tab.1. Wyprowadzenia karty SD w trybie SD Bus

PIN NAZWA

LINIA

OPIS

1 CD/DAT3

Wejście/wyjście Detekcja karty/linia danych D3

2

CMD

Wejście/wyjście Komendy/potwierdzenia

3

GND

Zasilanie

Masa

4

Vdd

Zasilanie

Zasilanie +3,3V

5

SCLK

Wejście

Linia zegarowa

6

GND

zasilanie

Masa

7

DAT0

Wejście/wyjście

linia danych D0

8

DAT0

Wejście/wyjście

linia danych D1

9

DAT0

Wejście/wyjście

linia danych D2

96

Elektronika Praktyczna 12/2007

649300962.336.png

649300962.337.png

649300962.338.png

649300962.339.png

649300962.340.png

649300962.341.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Obsługa kart pamięciowych SD, cz.1.pdf (1270 KB)
Obsługa kart pamięciowych SD, cz.2.pdf (626 KB)
Obsługa kart pamięciowych SD, cz.3.pdf (1972 KB)
Obsługa kart pamięciowych SD. cz.4.pdf (1359 KB)

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin