HCS12X单片机的SD卡FAT文件系统读写设计

3．2 HCSl2XSPl模块初始化

MC9S12XSl28MAA单片机包含2个串行外设接口SPI，可以很方便地实现对Micro SD卡接口的数据传输。为了配置时钟和数据长度，需要对SPI控制寄存器(SPCRl和SPICR2)、SPI波特率寄存器SPIBR和SPI数据寄存器SPIDR进行设置：使能SPI模块，将SPICRl中的MSTR位置1使单片机工作在主机模式，产生串行时钟来同步主从双方的移位寄存器，配置SPI时钟极性位与SPI时钟相位控制位，使能从机输出选择；初始化SPI波特率寄存器。

3．3 SD卡初始化

SD卡初始数据传输需工作在低于400 kb／s的频率，因此配置SPI波特率寄存器，以工作在低速模式下。片选信号后应延时至少74个时钟周期。SD卡默认缺省使用SD总线传输协议，主机需要发出命令CMDO(CMD_GO_IDLE_STATE)才能使SD卡工作在SPI传输模式下，当单片机返回0x 01时说明已经进入了IDLE状态。此时应循环发送CMD55+ACMD41以确认是否为SD卡，如果回应超时则发送CMDl(CMD_SEND_OP_COND)以确认是否为MMC卡。经实验发现，Kingston公司的Micro SD卡使用CMD55+ACMD41或者CMDl都可以进行激活。激活SD卡的SPI模式后SD卡进入准备状态，此时发送CMDl6(CMD_SET_BLOCKLEN)设置SD卡的读写块大小，然后重新配置SPI波特率寄存器SPIBR使单片机SPI工作在高速频率下，延时8个时钟周期后返回，完成SD卡初始化。图2为SD卡SPI高速模式初始化流程。

3．4读写单块数据

SD卡单块数据的读取是先通过单片机发送CMDl7(CMD_READ_SINGLE_BLOCK)命令，以SD卡指定数据块起始位地址作为参数，如果读取成功SD卡会返回1个R1命令作为响应。然后发送1个起始数据命令，接着发送单块字节数量的数据并接收SPI数据寄存器SPIDR中的数据，最后是2字节CRC校验。

SD卡单块数据的写入与读取相似，通过单片机发送CMD24(CMD_WRITE_SINGLE_BLOCK)命令，以SD卡指定数据块起始位地址作为参数，如果读取成功SD卡会返回1个R1命令作为响应。然后发送1个起始数据命令，接着发送单块字节数量的需写入数据，最后是2字节CRC校验。

3．5 FAT文件系统信息读取

为了SD卡文件数据管理方便并且与PC机之间兼容得更好，同时考虑到SD卡自身容量的限制，选择FATl6文件系统对SD卡信息进行管理。

为了方便管理和扩展性开发，对SD卡进行了分区。模拟硬盘模式创建出了MBR区(主引导扇区)与DBR区(操作系统引导记录区)，在向下兼容的同时实现了对分区过的SD卡FAT文件系统的读写。

SD卡数据可分为5部分：MBR区、DBR区、FAT区、DIR区和DATA区。MBR区是主引导区，位于整个SD卡的第1单块上。在总共512字节的主引导扇区中，MBR只占用了其中的446个字节，另外的64个字节是DPT(Disk Partition Table，分区表)，最后2个字节"55 AA"是分区的结束标志。这整体构成了SD卡的主引导扇区。DBR是操作系统引导记录区，是操作系统可以直接访问的第1个扇区，它包括1个引导程序和1个被称为BPB(Bios Parameter Block)的本分区参数记录表。BPB参数块记录着本分区的起始扇区、结束扇区、文件存储格式、硬盘介质描述符、根目录大小、FAT、个数，分配单元的大小等重要参数。

FAT文件系统的分区有如下几个部分：保留区，存放FAT文件系统的重要参数和引导程序；FAT表，记录簇使用情况；根目录区，记录根目录信息。

本文中单片机对FAT系统的读写利用的是MBR区上的DPT分区表信息，用于找到FAT分区。然后通过FAT分区的DBR区上的BPB分区参数记录表信息找到根目录，读取根目录信息并通过FAT表中的文件簇信息实现文件的管理。

研究中为方便代码的移植和优化，在FAT初始化的时候将读写扇区函数指针指向Micro SD卡的读写函数，并使用了2个结构体来存储SD卡的MBR与DBR信息。但鉴于单片机自身的内存容量，又建立了1个SimpleFat．c程序文件，只存储程序所需的几个地址常量：StartMbrAddress(MBR起始地址)、StartDbrAddress(DBR起始地址)、StartFatlAddress(FATl表起始地址)以及SeePerClu(簇扇区数量)，大大减小了单片机内存的开销。

作者：时 尧 天津大学 来源：电子设计工程