SD卡SPI初始化失败排查指南

SD卡SPI模式初始化失败可能由多个原因导致。以下是一些常见问题和解决方案：

硬件问题排查

1. 电源和接线检查

// 确保电源稳定（3.3V）
// 检查接线是否正确：
// SD卡 | SPI引脚
// ------------
// CS   -> GPIO输出
// SCK  -> SPI时钟
// MOSI -> SPI主机输出
// MISO -> SPI主机输入
// VCC  -> 3.3V
// GND  -> 地线

2. 上电延时

// 上电后需要足够长的延时
void sd_power_on_delay(void) {
    HAL_Delay(50);  // 至少50ms延时
    // 发送至少74个时钟脉冲
    for(int i=0; i<10; i++) {
        sd_spi_transfer(0xFF);
    }
}

软件初始化流程

3. 正确的初始化序列

#define SD_CMD0  0   // 复位
#define SD_CMD8  8   // 检查电压
#define SD_CMD55 55 // 应用命令前缀
#define SD_ACMD41 41 // 初始化

uint8_t sd_init(void) {
    uint8_t response;
    uint32_t retry;
    
    // 1. 上电延时和时钟同步
    sd_deselect();
    for(int i=0; i<10; i++) {
        sd_spi_transfer(0xFF);
    }
    
    // 2. 进入SPI模式 (CMD0)
    sd_select();
    response = sd_send_command(SD_CMD0, 0, 0x95);
    if(response != 0x01) {
        sd_deselect();
        return SD_ERROR;
    }
    
    // 3. 检查SD卡版本 (CMD8)
    response = sd_send_command(SD_CMD8, 0x1AA, 0x87);
    if(response == 0x01) {
        // 验证模式
        if(sd_read_data32() != 0x1AA) {
            return SD_ERROR;
        }
        // SDv2卡
        sd_type = SD_TYPE_V2;
    } else if(response == 0x05) {
        // SDv1卡或MMC卡
        sd_type = SD_TYPE_V1;
    } else {
        return SD_ERROR;
    }
    
    // 4. 初始化卡 (ACMD41)
    retry = 0;
    do {
        if(sd_type == SD_TYPE_V2) {
            response = sd_send_app_command(SD_ACMD41, 0x40000000); // HCS=1
        } else {
            response = sd_send_app_command(SD_ACMD41, 0);
        }
        
        if(retry++ > 1000) {
            return SD_TIMEOUT;
        }
        HAL_Delay(10);
    } while(response != 0x00);
    
    // 5. 如果是SDv2，读取OCR确认容量
    if(sd_type == SD_TYPE_V2) {
        if(sd_send_command(SD_CMD58, 0, 0) == 0) {
            uint32_t ocr = sd_read_data32();
            if(ocr & (1 << 30)) {
                sd_type = SD_TYPE_V2HC;
            }
        }
    }
    
    sd_deselect();
    return SD_SUCCESS;
}

4. 命令发送函数

uint8_t sd_send_command(uint8_t cmd, uint32_t arg, uint8_t crc) {
    uint8_t response;
    
    // 等待卡就绪
    if(sd_wait_ready() != 0xFF) {
        return 0xFF;
    }
    
    // 发送命令
    sd_spi_transfer(0x40 | cmd);           // 命令头
    sd_spi_transfer((arg >> 24) & 0xFF);   // 参数
    sd_spi_transfer((arg >> 16) & 0xFF);
    sd_spi_transfer((arg >> 8) & 0xFF);
    sd_spi_transfer(arg & 0xFF);
    sd_spi_transfer(crc);
    
    // 等待响应 (最多重试8次)
    uint8_t retry = 0;
    do {
        response = sd_spi_transfer(0xFF);
    } while((response & 0x80) && (++retry < 8));
    
    return response;
}

uint8_t sd_send_app_command(uint8_t cmd, uint32_t arg) {
    sd_send_command(SD_CMD55, 0, 0);  // 先发送CMD55
    return sd_send_command(cmd, arg, 0);
}

常见调试技巧

5. 调试输出

void sd_debug_init(void) {
    printf("SD Card Init Debug: ");
    
    // 测试SPI通信
    printf("Testing SPI... ");
    uint8_t test_byte = sd_spi_transfer(0xFF);
    printf("SPI test byte: 0x%02X ", test_byte);
    
    // 逐步执行初始化
    printf("Sending CMD0... ");
    uint8_t resp = sd_send_command(SD_CMD0, 0, 0x95);
    printf("CMD0 response: 0x%02X ", resp);
    
    // 继续其他命令...
}

6. 检查SPI配置

// SPI配置建议：
// - 模式: CPOL=0, CPHA=0 (模式0)
// - 初始时钟: 100-400kHz
// - 数据位: 8位
// - MSB优先

void spi_config_slow(void) {
    // 初始化时使用低速时钟
    hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_256; // 低速
    HAL_SPI_Init(&hspi1);
}

void spi_config_fast(void) {
    // 初始化完成后切换到高速
    hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_4; // 高速
    HAL_SPI_Init(&hspi1);
}

故障排除清单

1. ✅ 电源电压是否稳定在3.3V？

2. ✅ SPI模式是否正确（模式0）？

3. ✅ 上电后是否有足够延时？

4. ✅ CS引脚在非选中时是否保持高电平？

5. ✅ 时钟频率在初始化阶段是否足够低？

6. ✅ 命令CRC是否正确（特别是CMD0和CMD8）？

7. ✅ 是否有足够的重试机制？

8. ✅ SPI数据线是否有上拉电阻？

按照以上步骤排查，通常可以解决大部分SD卡SPI初始化问题。建议先用示波器或逻辑分析仪检查SPI信号波形，确保硬件连接正确。

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