CN102654857A - 采用gpio接口模拟spi协议的通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用GPIO接口模拟SPI协议的通信方法包括：S1、SD卡上电并软件复位；S2、判断SD卡为SD 1.0还是SD 2.0，若为SD 1.0，进入步骤S3；若为SD 2.0，进入步骤S4；S3、获得SD 1.0的信息完成初始化并进入步骤；S4、判断SD卡为SD 2.0标准版还是SD 2.0大容量版本，若为SD 2.0标准版，进入步骤S5；若为SD 2.0大容量版，进入步骤S6；S5、获得SD 2.0标准版的信息完成初始化并进入步骤S7；S6、获得SD 2.0大容量版本的信息完成初始化，并进入步骤S8；S7、以sector序号为地址读写操作；S8、以blocksize*sector序号为地址进行读写操作。本发明提供通过GPIO口去模拟SPI的方式，实现调整SD SPI协议，有效的节约了成本，提高了产品的竞争力，有助于占有市场。

Description

采用GPIO接口模拟SPI协议的通信方法
技术领域
本发明涉及一种采用GPIO接口模拟SPI协议的通信方法，特别是涉及一种采用GPIO接口模拟SPI协议与SD卡通信的通信方法。
背景技术
目前市场上面所使用的SD卡(Secure Digital Memory Card，安全数码卡)主要包括两种方式，一种是SD BUS(SD总线)和SPI BUS(SPI总线)，前一种一般会做成SD CONTROL集成，这样的BB(base band基带)一般会比较贵。
SPI是一种标准的四线同步双向串行总线。SPI是英语Serial Peripheralinterface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在EEPROM、FLASH、实时时钟、AD转换器还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议，比如AT91RM9200。SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。外围设置FLASHRAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，该接口一般使用4条线：串行时钟线(SCK)、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线SS(有的SPI接口芯片带有中断信号线INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI)。SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以(用于单向传输时，也就是半双工方式)。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI(数据输入)，SDO(数据输出)，SCK(时钟)，CS(片选)。
倘若能采用SPI协议来实现与SD卡的通信则能有效降低BB的成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术采用SD BUS时基带成本高昂的缺陷，提供一种成本低廉、结构简单的采用GPIO(通用输入/输出)接口模拟SPI协议的通信方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
一种采用GPIO接口模拟SPI协议的通信方法，其特点在于，SD卡的输出端、输入端、片选端和时钟信号端分别连接至BB的GPIO接口，该通信方法包括以下步骤：
S1、SD卡上电并软件复位；
S2、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序发送SD 2.0版本所支持的指令至该SD卡以判断SD卡为SD 1.0版本还是SD 2.0版本，若为SD 1.0版本，进入步骤S3；若为SD 2.0版本，进入步骤S4；
S3、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序发送支持SD 1.0版本的指令获得SD卡的信息以完成SD卡的初始化，并进入步骤S7的读写操作；
S4、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序发送SD 2.0版本所支持的指令至该SD卡以判断SD卡为SD 2.0的标准版本还是SD 2.0的大容量版本，若为SD 2.0的标准版本，进入步骤S5；若为SD 2.0的大容量版本，进入步骤S6；
S5、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序发送支持SD 2.0的标准版本的指令获得SD卡的信息以完成SD卡的初始化，并进入步骤S7的读写操作；
S6、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序发送支持SD 2.0的大容量版本的指令获得SD卡的信息以完成SD卡的初始化，并进入步骤S8的读写操作；
S7、以SD卡的sector序号为地址进行读写操作；
S8、以SD卡的blocksize*sector序号为地址进行读写操作。
优选地，步骤S1中BB通过发送SD标准命令至SD卡以完成软件复位。
优选地，步骤S2中的SD version2.0所支持的指令包括SD卡的支持电压和CRC。
优选地，步骤S2还包括以下步骤：
S21、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序发送包括SD卡的支持电压和CRC，命令至该SD卡；
S22、BB根据SD卡的返回状态判断SD卡的版本，倘若BB超时未收到期望返回数据，则SD卡为SD 1.0版本；若BB收到的返回值与SD 2.0版本所支持的指令返回值不匹配，则SD卡初始化失败；若BB收到的返回值与SD 2.0版本所支持的指令返回值相匹配，则SD卡为SD 2.0版本。
优选地，步骤S3还包括以下步骤：
S31、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序发送支持电压查询命令至SD卡以查询支持电压；
S32、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序发送CRC(CyclicalRedundancy Check，循环冗余码校验简称CRC，它是利用除法及余数的原理来作错误侦测(Error Detecting)的)。发送块长度设置命令至SD卡以设置块长度，附带CRC操作；
S33、BB获得SD卡的信息并完成SD卡的初始化。
优选地，步骤S4中的SD 2.0版本所支持的指令包括支持电压查询命令和SD卡状态查询命令。
优选地，步骤S4还包括以下步骤：
S41、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序发送支持电压查询命令至该SD卡以查询SD卡的支持电压，返回的支持电压是否在SD卡的支持电压阈值范围内(SD卡的支持电压阈值范围即指SD卡硬件所支持的电压范围)，若是，则进入步骤S42；若否，则SD卡初始化失败；
S42、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序发送SD卡状态查询命令至该SD卡以查询SD卡的状态，返回的状态是否为空闲，若是，则进入步骤S43；若否，则SD卡初始化失败；
S43、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序再次发送支持电压查询命令至该SD卡以查询SD卡的支持电压，并根据获得的OCR寄存器的返回值判断SD卡为SD 2.0的标准版本还是SD 2.0的大容量版本。
优选地，步骤S5还包括以下步骤：
S51、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序，发送块长度设置命令至SD卡以设置块长度，对应指令包括CRC；
S52、BB获得SD卡的信息并完成SD卡的初始化，其中SD卡的信息包括SD卡的容量、擦除单位大小、块长度和块总数。
优选地，步骤S6还包括以下步骤：
S61、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序，发送块长度设置命令至SD卡以设置块长度，对应指令包括CRC；
S62、BB获得SD卡的信息并完成SD卡的初始化，其中SD卡的信息包括SD卡的容量、擦除单位大小、块长度和块总数。
本发明的积极进步效果在于：本发明提供一种通过GPIO口去模拟SPI的方式，实现调整SD SPI协议。主要完成在开始初始化过程中的，BB同SD通讯交互的问题。本发明的方案中，以T卡为例，T卡上电后，按照标准的协议，BB主动向T卡发出CMD，和附带的参数(实际硬件支持SD电压值)。这样有效的节约了成本，提高了产品的竞争力，有助于占有市场。
附图说明
图1为本发明的采用GPIO接口模拟SPI协议的通信方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
参考图1，介绍本发明所述的采用GPIO接口模拟SPI协议的通信方法，主要包括以下步骤：首先GPIO口模拟发送接收数据，然后区分SD卡的版本，是1.0的标准版还是2.0标准版抑或是2.0大容量版本，接着根据所识别的版本进行不同的流程，初始化以及读写操作，具体来说，本发明中SD卡的输出端、输入端、片选端和时钟信号端分别连接至BB的GPIO接口，GPIO口模拟SPI的操作在目前很多平台上面都有用到，只要对照SPI传输模式的时序图来模拟就行了，本发明中以时钟极性0，时钟相位为1为例。SD的命令、数据传输，全部基于SPI传输模式的时序图，所有的设计到发出和接收数据都依据SPI传输模式的时序图来传输。
如上所述，本发明中涉及的硬件接口4个，输出端DOUT、输入端DIN、片选端CS和时钟信号端SCLK，在发送一条命令的时候，用GPIO口的拉低拉高来模拟SPI传输模式的时序，进行数据的传输，交互。并且，对pin脚的模拟，为了提高速度，直接操作GPIO口的物理地址提高速度，部分操作可以放入内部RAM(访问速度更高)，这样提高读写、时钟速度。
接下来，对照图1，介绍本发明的通信方法，该通信方法包括以下步骤：
步骤S1、SD卡上电并软件复位，例如BB通过发送SD标准命令至SD卡以完成软件复位。
步骤S2、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序发送SD 2.0版本所支持的指令至该SD卡以判断SD卡为SD 1.0版本还是SD 2.0版本，若为SD 1.0版本，进入步骤S3；若为SD 2.0版本，进入步骤S4。其中，SD 2.0版本所支持的指令包括SD卡的支持电压和CRC。举例来说，步骤S2还包括以下步骤：
S21、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序发送包括SD卡的支持电压和CRC的SD2.0版本所支持的指令至该SD卡；
S22、BB根据SD卡的返回状态判断SD卡的版本，倘若BB超时未收到期待返回数据，则SD卡为SD 1.0版本；若BB收到的返回值与SD 2.0版本所支持的指令返回值不匹配，则SD卡初始化失败；若BB收到的返回值与SD 2.0版本所支持的指令返回值相匹配，则SD卡为SD 2.0版本。
步骤S3、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序发送支持SD 1.0版本的指令获得SD卡的信息以完成SD卡的初始化，并进入步骤S7的读写操作。具体来说，步骤S3还包括以下步骤：
S31、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序发送支持电压查询命令至SD卡以查询支持电压；
S32、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序发送块长度设置命令至SD卡以设置块长度，带CRC(循环冗余校验码)值；
S33、BB获得SD卡的信息并完成SD卡的初始化。根据该SD卡的信息来做读写操作、地址访问、容量计算等。
步骤S4、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序发送SD 2.0版本所支持的指令至该SD卡以判断SD卡为SD 2.0的标准版本还是SD 2.0的大容量版本，若为SD 2.0的标准版本，进入步骤S5；若为SD 2.0的大容量版本，进入步骤S6。其中的SD2.0版本所支持的指令包括支持电压查询命令和SD卡状态查询命令。又例如，步骤S4还包括以下步骤：
S41、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序发送支持电压查询命令至该SD卡以查询SD卡的支持电压，返回的支持电压是否在SD卡的支持电压阈值范围内，若是，则进入步骤S42；若否，则SD卡初始化失败；
S42、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序发送SD卡状态查询命令至该SD卡以查询SD卡的状态，返回的状态是否为空闲，若是，则进入步骤S43；若否，则SD卡初始化失败；
S43、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序再次发送支持电压查询命令至该SD卡以查询SD卡的支持电压，并根据获得的OCR寄存器的返回值判断SD卡为SD 2.0的标准版本还是SD 2.0的大容量版本。
步骤S5、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序发送支持SD 2.0的标准版本的指令获得SD卡的信息以完成SD卡的初始化，并进入步骤S7的读写操作。其中，步骤S5还包括以下步骤：
S51、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序，发送块长度设置命令至SD卡以设置块长度，对应指令最后带CRC数据；
S52、BB获得SD卡的信息并完成SD卡的初始化，其中SD卡的信息包括SD卡的容量、擦除单位大小、块长度和块总数。
步骤S6、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序发送支持SD 2.0的大容量版本的指令获得SD卡的信息以完成SD卡的初始化，并进入步骤S8的读写操作。其中，步骤S6还包括以下步骤：
S61、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序，发送块长度设置命令至SD卡以设置块长度，对应指令最后带CRC数据；
S62、BB获得SD卡的信息并完成SD卡的初始化，其中SD卡的信息包括SD卡的容量、擦除单位大小、块长度和块总数。
步骤S7、以SD卡的sector序号为地址进行读写操作。
步骤S8、以SD卡的blocksize*sector序号为地址进行读写操作。
本发明突破MTK(MediaTek承载设备)现有的局限范围，在不改动硬件、只需软件升级的前提下，扩展T卡(T-Flash卡，别名：MicroSD卡，容量范围：32MB)的识别容量。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种采用GPIO接口模拟SPI协议的通信方法，其特征在于，SD卡的输出端、输入端、片选端和时钟信号端分别连接至BB的GPIO接口，该通信方法包括以下步骤：
S1、SD卡上电并软件复位；
S2、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序发送SD 2.0版本所支持的指令判断命令至该SD卡以判断SD卡为SD 1.0版本还是SD 2.0版本，若为SD 1.0版本，进入步骤S3；若为SD 2.0版本，进入步骤S4；
S3、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序发送支持SD 1.0版本的指令获得SD卡的信息以完成SD卡的初始化，并进入步骤S7的读写操作；
S4、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序发送SD2.0版本所支持的指令判断命令至该SD卡以判断SD卡为SD 2.0的标准版本还是SD 2.0的大容量版本，若为SD 2.0的标准版本，进入步骤S5；若为SD 2.0的大容量版本，进入步骤S6；
S5、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序发送支持SD 2.0的标准版本的指令获得SD卡的信息以完成SD卡的初始化，并进入步骤S7的读写操作；
S6、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序发送支持SD 2.0的大容量版本的指令获得SD卡的信息以完成SD卡的初始化，并进入步骤S8的读写操作；
S7、以SD卡的sector序号为地址进行读写操作；
S8、以SD卡的blocksize*sector序号为地址进行读写操作。
2.如权利要求1所述的采用GPIO接口模拟SPI协议的通信方法，其特征在于，步骤S1中BB通过发送SD标准命令至SD卡以完成软件复位，对应的命令里面都带CRC。
3.如权利要求1所述的采用GPIO接口模拟SPI协议的通信方法，其特征在于，步骤S2中的SD 2.0版本所支持的指令判断命令包括SD卡的支持电压，对应的命令里面都带CRC。
4.如权利要求3所述的采用GPIO接口模拟SPI协议的通信方法，其特征在于，步骤S2还包括以下步骤：
S21、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序发送包括SD卡的支持电压附带CRC的SD 2.0版本所支持的指令至该SD卡；
S22、BB根据SD卡的返回状态判断SD卡的版本，倘若BB在一定时间内未收到期待返回数据，则SD卡为SD 1.0版本；若BB收到的返回值与SD2.0版本所支持的指令返回值不匹配，则SD卡初始化失败；若BB收到的返回值与SD2.0版本所支持的指令返回值相匹配，则SD卡为SD 2.0版本。
5.如权利要求1所述的采用GPIO接口模拟SPI协议的通信方法，其特征在于，步骤S3还包括以下步骤：
S31、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序发送支持电压查询命令至SD卡以查询支持电压；
S32、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序，发送块长度设置命令至SD卡以设置块长度，每个指令里面后缀都带CRC；
S33、BB获得SD卡的信息并完成SD卡的初始化。
6.如权利要求1所述的采用GPIO接口模拟SPI协议的通信方法，其特征在于，步骤S4中的SD2.0版本所支持的指令支持电压查询命令和SD卡状态查询命令。
7.如权利要求6所述的采用GPIO接口模拟SPI协议的通信方法，其特征在于，步骤S4还包括以下步骤：
S41、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序发送支持电压查询命令至该SD卡以查询SD卡的支持电压，返回的支持电压是否在SD卡的支持电压阈值范围内，若是，则进入步骤S42；若否，则SD卡初始化失败；
S42、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序发送SD卡状态查询命令至该SD卡以查询SD卡的状态，返回的状态是否为空闲，若是，则进入步骤S43；若否，则SD卡初始化失败；
S43、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序再次发送支持电压查询命令至该SD卡以查询SD卡的支持电压，并根据获得的OCR寄存器的返回值判断SD卡为SD 2.0的标准版本还是SD 2.0的大容量版本。
8.如权利要求1所述的采用GPIO接口模拟SPI协议的通信方法，其特征在于，步骤S5还包括以下步骤：
S51、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序，发送块长度设置命令至SD卡以设置块长度，指令带CRC信息；
S52、BB获得SD卡的信息并完成SD卡的初始化，其中SD卡的信息包括SD卡的容量、擦除单位大小、块长度和总块数。
9.如权利要求1所述的采用GPIO接口模拟SPI协议的通信方法，其特征在于，步骤S6还包括以下步骤：
S61、BB以预设时钟极性和时钟相位的SPI时序，发送块长度设置命令至SD卡以设置块长度，指令带CRC信息；
S62、BB获得SD卡的信息并完成SD卡的初始化，其中SD卡的信息包括SD卡的容量、擦除单位大小、块长度和总块数。
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