sd卡读写控制设计Verilog代码Quartus AX301开发板

名称：sd卡读写控制设计Verilog代码Quartus  AX301开发板

软件：Quartus

语言：Verilog

代码功能：

SD 卡是现在嵌入式设备重要的存储模块，内部集成了 nand flash 控制器，方便了主机的的管

理。本实验主要是练习对 sd 卡的扇区进行读写，通常 sd 卡都有文件系统，可以按照文件名和目

录路径来读写文件，但文件系统非常复杂，本实验不做讲解，在后续的实验中我们通过搜索特定

的文件头来读特殊的文件，完成音频播放、图片读取显示等

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本代码已在AX301开发板验证，AX301开发板如下，其他开发板可以修改管脚适配：

设计文档：

sd卡读写控制.docx

sd 卡读写实验

1 实验简介

SD 卡是现在嵌入式设备重要的存储模块，内部集成了 nand flash 控制器，方便了主机的的管

理。本实验主要是练习对 sd 卡的扇区进行读写，通常 sd 卡都有文件系统，可以按照文件名和目

录路径来读写文件，但文件系统非常复杂，本实验不做讲解，在后续的实验中我们通过搜索特定

的文件头来读特殊的文件，完成音频播放、图片读取显示等。

2 实验原理

2.1 硬件描述

AX301/AX4010 开发板上装有一个 Micro SD 卡座，FPGA 通过 SPI 数据总线访问 Micro SD 卡,

SD 卡座和 FPGA 的硬件电路连接如下：

AX301、AX4010 SD 卡

在 SD 卡数据读写速度要求不高的情况下，选用 SPI 通信模式可以说是一种最佳的解决方案。 因为在 SPI 模式下，通过四条线就可以完成所有的数据交换。本实验将为大家介绍 FPGA 通过 SPI 总线读写 SD 卡。要完成 SD 卡的 FPGA 读写，用户需要理解 SD 卡的命令协议。

FPGA 版权所有 1 / 8

2.2 SD 卡协议简介

SD 卡的协议是一种简单的命令/响应的协议。全部命令由主机发起，SD 卡接收到命令后并返 回响应数据。根据命令的不同，返回的数据内容和长度也不同。SD 卡命令是一个 6 字节组成的命 令包，其中第一个字节为命令号， 命令号高位 bit7 和 bit6 为固定的“01“，其它 6 个 bit 为具体 的命令号。第 2 个字节到第 5 个字节为命令参数。第 6 个字节为 7 个 bit 的 CRC 校验加 1 个 bit 的 结束位。如果在SPI 模式的时候，CRC 校验位为可选。如下图所示，Command 表示命令，通常使 用十进制表示名称，例如 CMD17，这个时候 Command 就是十进制的 17。SD 卡具体的协议本实 验不讲解，可自行找相关资料学习。

SD 卡对每个命令会返回一个响应，每个命令有一定的响应格式。响应的格式跟给它的命令号 有关。在 SPI 模式中，有三种响应格式：R1，R2，R3。

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2.2.1 SD 卡 2.0 版的初始化步骤

1上电后延时至少 74clock，等待 SD 卡内部操作完成

2片选 CS 低电平选中 SD 卡

3发送 CMD0，需要返回 0x01，进入 Idle 状态

4为了区别 SD 卡是 2.0 还是 1.0，或是 MMC 卡，这里根据协议向上兼容的，首先发送只有 SD2.0 才有的命令 CMD8，如果 CMD8 返回无错误，则初步判断为 2.0 卡，进一步循环发送命 令 CMD55+ACMD41，直到返回 0x00，确定 SD2.0 卡

5如果 CMD8 返回错误则判断为 1.0 卡还是 MMC 卡，循环发送 CMD55+ACMD41，返回无错误， 则为 SD1.0 卡，到此 SD1.0 卡初始成功，如果在一定的循环次数下，返回为错误，则进一步发 送 CMD1 进行初始化，如果返回无错误，则确定为 MMC 卡，如果在一定的次数下，返回为错 误，则不能识别该卡，初始化结束。（通过 CMD16 可以改变 SD 卡一次性读写的长度）

6CS 拉高

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2.2.2 SD 卡的读步骤

1 发送 CMD17（单块）或 CMD18（多块）读命令，返回 0X00

2 接收数据开始令牌 fe（或 fc）+正式数据 512Bytes + CRC 校验 2Bytes 默认正式传输的数据长度是 512Bytes

2.2.3 SD 卡的写步骤

1发送 CMD24（单块）或 CMD25（多块）写命令，返回 0X00

2发送数据开始令牌 fe（或 fc）+正式数据 512Bytes + CRC 校验 2Bytes

3连续读直到读到 8’bxxx00101 表示写成功

4继续读进行忙检测，读到 0x00 表示正忙，0xff 表示写操作完成

3 程序设计

程序中主要使用 spi_master 模块，这个模块完成 SPI 一个字节的读写，在其他实验中已经讲

解。

sd_card_cmd 模块主要实验 sd 卡基本命令操作，还有上电初始化的 88 个周期的时钟，数据 块的读写，状态机如下。

如果搜寻其他 SD 卡的资料会看到 SD 卡的命令号和例程中的有区别，其实只是写法不同而已， 从主控设备写命令到 SD 卡的实质都是将十六进制命令号的高八位与十六进制 0x40 做或操作得到 的结果再写入，

部分代码展示:

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