SDNAND芯片贴片式TF卡贴片式SD卡读写步骤流程

以下是 SD NAND芯片读写操作的详细实现步骤，涵盖从硬件连接到代码实现的完整流程，适用于MCU（如STM32、ESP32）开发场景：

一、硬件准备

1. 硬件连接（SPI模式）

注意事项：

• 若使用高速模式（25MHz+），需缩短走线长度，避免信号反射。

• 电源需并联100nF滤波电容。

二、初始化流程

1. SPI接口配置

// STM32 HAL库示例（SPI1）void SPI_Init() {
  hspi1.Instance = SPI1;
  hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
  hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
  hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
  hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;   // CPOL=0
  hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;       // CPHA=0
  hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;               // 软件控制CS
  hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_256; // 初始化阶段低速
  HAL_SPI_Init(&hspi1);}

2. SD NAND初始化

// 步骤分解uint8_t SD_Init() {
  // 1. 发送至少74个时钟脉冲（初始化同步）
  CS_HIGH();
  for(int i=0; i<10; i++) SPI_Transfer(0xFF); 
  
  // 2. 发送CMD0（复位到空闲状态）
  uint8_t cmd0[] = {0x40, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x95};
  if(SD_SendCmd(cmd0, 0x01) != 0x01) return SD_ERROR; 
  
  // 3. 发送CMD8（检查电压兼容性）
  uint8_t cmd8[] = {0x48, 0x00, 0x00, 0x01, 0xAA, 0x87};
  if(SD_SendCmd(cmd8, 0x01) != 0x01) return SD_ERROR;
  
  // 4. 循环发送CMD55 + ACMD41（初始化完成）
  uint32_t timeout = 0;
  do {
    SD_SendCmd((uint8_t[]){0x77,0,0,0,0,0x65}, 0x01); // CMD55
    if(SD_SendCmd((uint8_t[]){0x69,0x40,0,0,0,0x77}, 0x01) == 0x00) break; // ACMD41
    HAL_Delay(10);
  } while(timeout++ < 100); // 超时1秒
  
  // 5. 切换到高速模式
  hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_4; // 25MHz（若支持）
  HAL_SPI_Init(&hspi1);
  
  return SD_OK;}

三、读操作实现（CMD17）

1. 单块读取

uint8_t SD_ReadBlock(uint32_t sector, uint8_t *buffer) {
  // 1. 发送CMD17（读取单块）
  uint8_t cmd17[] = {0x51, 
                    (sector >> 24) & 0xFF,
                    (sector >> 16) & 0xFF,
                    (sector >> 8) & 0xFF,
                    sector & 0xFF,
                    0xFF};
  if(SD_SendCmd(cmd17, 0x00) != 0x00) return SD_ERROR;

  // 2. 等待数据起始令牌（0xFE）
  uint8_t token;
  uint32_t retry = 0;
  do {
    token = SPI_Transfer(0xFF);
    if(retry++ > 0xFFFF) return SD_TIMEOUT;
  } while(token != 0xFE);

  // 3. 读取512字节数据
  HAL_SPI_Receive(&hspi1, buffer, 512, 1000);

  // 4. 丢弃2字节CRC
  SPI_Transfer(0xFF);
  SPI_Transfer(0xFF);
  
  return SD_OK;}

2. 多块连续读（CMD18）

void SD_ReadMultiBlocks(uint32_t start_sector, uint32_t num, uint8_t *buf) {
  // 发送CMD18（连续读）
  uint8_t cmd18[] = {0x52, 
                    (start_sector >> 24) & 0xFF,
                    (start_sector >> 16) & 0xFF,
                    (start_sector >> 8) & 0xFF,
                    start_sector & 0xFF,
                    0xFF};
  SD_SendCmd(cmd18, 0x00);
  
  for(uint32_t i=0; i<num; i++) {
    // 等待0xFE令牌并读取数据
    while(SPI_Transfer(0xFF) != 0xFE);
    HAL_SPI_Receive(&hspi1, buf + i*512, 512, 1000);
    SPI_Transfer(0xFF); // 跳过CRC
    SPI_Transfer(0xFF);
  }
  
  // 发送CMD12终止传输
  SD_SendCmd((uint8_t[]){0x4C,0,0,0,0,0xFF}, 0x00);}

四、写操作实现（CMD24）

1. 单块写入

uint8_t SD_WriteBlock(uint32_t sector, const uint8_t *data) {
  // 1. 发送CMD24（写单块）
  uint8_t cmd24[] = {0x58, 
                    (sector >> 24) & 0xFF,
                    (sector >> 16) & 0xFF,
                    (sector >> 8) & 0xFF,
                    sector & 0xFF,
                    0xFF};
  if(SD_SendCmd(cmd24, 0x00) != 0x00) return SD_ERROR;

  // 2. 发送数据起始令牌（0xFE）
  SPI_Transfer(0xFE);

  // 3. 发送512字节数据
  HAL_SPI_Transmit(&hspi1, data, 512, 1000);

  // 4. 发送伪CRC（0xFF 0xFF）
  SPI_Transfer(0xFF);
  SPI_Transfer(0xFF);

  // 5. 等待写入完成（数据响应令牌）
  uint8_t status;
  do {
    status = SPI_Transfer(0xFF);
  } while(status == 0xFF);
  
  // 检查响应是否成功（低4位为0100）
  if((status & 0x1F) != 0x04) return SD_ERROR;
  
  return SD_OK;}

2. 多块连续写（CMD25）

void SD_WriteMultiBlocks(uint32_t start_sector, uint32_t num, const uint8_t *buf) {
  // 发送CMD25（连续写）
  uint8_t cmd25[] = {0x59, 
                    (start_sector >> 24) & 0xFF,
                    (start_sector >> 16) & 0xFF,
                    (start_sector >> 8) & 0xFF,
                    start_sector & 0xFF,
                    0xFF};
  SD_SendCmd(cmd25, 0x00);

  for(uint32_t i=0; i<num; i++) {
    // 发送块起始令牌（0xFC）
    SPI_Transfer(0xFC);
    
    // 发送数据
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, buf + i*512, 512, 1000);
    
    // 发送伪CRC
    SPI_Transfer(0xFF);
    SPI_Transfer(0xFF);
    
    // 等待写入完成
    while(SPI_Transfer(0xFF) != 0xFF);
  }

  // 发送停止令牌（0xFD）
  SPI_Transfer(0xFD);}

五、关键函数实现

1. 命令发送函数

uint8_t SD_SendCmd(uint8_t *cmd, uint8_t expected_response) {
  CS_LOW();
  
  // 发送命令（6字节）
  HAL_SPI_Transmit(&hspi1, cmd, 6, 100);
  
  // 等待响应（超时检测）
  uint8_t response, retry = 0;
  do {
    response = SPI_Transfer(0xFF);
    if(retry++ > 200) {  // 超时约2ms
      CS_HIGH();
      return 0xFF;
    }
  } while(response == 0xFF);
  
  CS_HIGH();
  return (response == expected_response) ? SD_OK : SD_ERROR;}

六、调试与错误处理

1. 常见错误码

2. 调试技巧

• 逻辑分析仪抓包：
  监控SPI的CLK/MOSI/MISO信号，验证CMD序列和数据传输。

• HAL库错误回调：
  重写HAL_SPI_ErrorCallback()函数捕获SPI通信错误。

• SD NAND状态查询（CMD13）：
  发送CMD13 + 0x00000000获取当前状态寄存器值。

七、性能优化

1. 启用4线SDIO模式（若MCU支持）：

• 修改初始化流程，发送CMD55 + ACMD6切换总线宽度。

• 读写速度可提升至50MB/s（对比SPI模式的12MB/s）。

2. DMA传输：

   // STM32 DMA配置示例HAL_SPI_Transmit_DMA(&hspi1, data, length);while(HAL_SPI_GetState(&hspi1) != HAL_SPI_STATE_READY);
   

3. 缓存机制：
   实现LRU缓存算法，减少物理读写次数。

通过以上步骤，即可完成SD NAND芯片的完整读写操作。

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