第３４卷第７期
２０１２年０７月
武汉工程大学学报 Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．７
Ｊ． Ｗｕｈａｎ Ｉｎｓｔ．Ｔｅｃｈ． Ｊｕ１． ２０１２
文章编号：１６７４—２８６９（２０１２）０７—００７１—０４
单片机控制高容量安全数字卡的应用设计
李文华 ，龚宸２
（１．湖北仙桃职业学院机械电子工程学院，湖北仙桃４３３０００；
２．华中师范大学计算机与科学系，湖北武汉４３００００）
摘要：为了解决高容量安全数字卡在嵌入式系统中不能访问的问题，通过分析高容量安全数字卡与标准容
量安全数字卡的差异，提出了用串行外设接口访问控制高容量安全数字卡的方法，用飞思卡尔ＭＣ９Ｓ１２ＸＳ１２８
单片机作为嵌入式微处理器，用宇瞻４千兆字节的高容量安全数字卡作为控制对象，设计了高容量安全数字
卡的控制电路和访问程序．先用单片机向高容量安全数字卡的指定扇区中写入数据，然后用单片机读取安全
数字卡中所写入的数据，最后对所读出的数据与所写入的数据进行比较．实验表明，单片机所读出的数据与
写入高容量安全数字卡的数据一致，采用串行外设接口访问控制高容量安全数字卡可以实现嵌入式系统的
存储器升级．
关键词：嵌入式系统；安全数字卡；存储器升级
中图分类号：ＴＰ３７ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４—２８６９．２０１２．０７．０１５
Ｏ 引 言
高容量安全数字卡广泛应用在含有视频功能
的嵌入式系统 １ Ｊ、笔记本电脑中，对高容量安全数
字卡的访问控制成为研究的热点．在含有视频拍
量上的差异外，在使用控制上还存在着以下几方
面的差别：
（１）ＳＤＩ￣Ｃ卡只支持块访问，不支持字节访
问，块的大小固定为一个扇区５１２字节；ＳＤＳＣ卡
既支持块访问，又支持字节访问，块的大小由用户
指定．
（２）ＳＤＨＣ卡所使用的文件系统是ＦＡＴ３２，不
摄功能的嵌入式系统中，常用ＳＤ卡（Ｓｅｃｕｒｅ
Ｄｉｇｉｔａｌ ｃａｒｄ——安全数字卡）保存系统拍摄的视
频，以便用计算机进一步处理嵌入式系统中所拍
摄到的数据．随着拍摄时间的增加和拍摄功能的
增强，选用最高容量不超过２ ＧＢ的ＳＤＳＣ卡
（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｃａｐａｃｉｔｙ Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃａｒｄ——标准容
能在ＦＡＴ１２／１６文件系统中使用；ＳＤＳＣ卡使用的
文件系统是ＦＡＴ１２／１６，在ＦＡＴ３２文件系统中也可
以访问ＳＤＳＣ卡．
（３）ＳＤ卡除了拥有ＳＤＳＣ卡的全部命令集外，
还增加了许多命令．其中，ＳＰＩ模式中新增加了
ＣＭＤ８命令，用来识别ＳＤ卡的接口类型．ＣＭＤ８命
令的格式与其他ＳＰＩ命令的格式相同，命令代码
为０ｘ４８．
量安全数字卡）很难满足系统对存储卡的容量要
求，客观上需要嵌入式系统选用容量为４ＧＢ一
３２ＧＢ的ＳＤＨＣ卡（Ｈｉｇｈ Ｃａｐａｃｉｔｙ Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ
Ｃａｒｄ——高容量安全数字卡）．ＳＤＨＣ卡是近来按
Ｖｅｒ２．０规范生产的ＳＤ卡，与按Ｖｅｒ１．１规范生产
的ＳＤＳＣ卡存在较大的差异，为了解决嵌入式系统
（４）块访问命令参数的含义不同．在ＳＤＳＣ卡
中，６个块访问命令ＣＭＤ１７、ＣＭＤ１８、ＣＭＤ２４、
ＣＭＤ２５、ＣＭＤ３２、ＣＭＤ３３的参数含义是ＳＤ卡的字
中高容量ＳＤ卡的访问控制问题，本文从应用的角
度出发，以ＭＣ９Ｓ１２ＸＳ１２单片机控制Ａｐａｃｃｒ（宇 节地址．在ＳＤＨＣ卡中块访问命令虽然也是这６
个命令，但其参数的含义为ＳＤ卡的块地址（扇区
地址）．
瞻）４ＧＢ的ＳＤ卡为例，详细地讨论ＳＤＨＣ卡的控
制设计．
１ ＳＤＨＣ卡与ＳＤＳＣ卡在使用上的主
２硬件电路设计
要差异
ＳＤＨＣ卡的内部结构与ＳＤＳＣ卡不同，除了容
收稿日期：２０１２—０４—２４
（５）初始化过程不同．
ＳＤＨＣ卡是在ＳＤＳＣ卡的基础上发展起来的，
作者简介：李文华（１９６６一），男，湖北仙桃人，副教授．研究方向：嵌入式系统开发与应用
７２ 武汉工程大学学报 第３４卷
它们的引脚数都是９脚，引脚分布相同，都具有ｓＤ
和ＳＰＩ两种工作模式，用单片机控制ＳＤＨＣ卡可以
采用ＳＰＩ模式 控制．
ＭＣ９Ｓ１２ＸＳ１２８单片机是带有ＳＰＩ口的ＣＭＯＳ
单片机 Ｊ，其工作电压为３．１３５～５．５ Ｖ，ＳＤ卡的
工作电压为２．７～３．６ Ｖ，它们都采用３．３ Ｖ电源
供电时，可用ＭＣ９Ｓ１２ＸＳ１２８的ＳＰＩ口直接控制ＳＤ
卡．ＭＣ９Ｓ１２ＸＳ１２８控制宇瞻４ ＧＢ的ＳＤＨＣ卡的硬
件电路 如图１所示
３．３ Ｖ
ＲＥＳＥＴ Ｕ
ＳＣＫ０ Ｓ（：ＬＫ
ＭＯＳ１０ ２
ＤＩ
ＳＳ０ １
ＥＸＴＡｌＪ ＣＳ
ＭＩＳ００ ７ ＤＯ
ＸＴＡＩ ６ １
ｌ Ｕｓｓ２
图１ 单片机控制ＳＤ卡的硬件电路
Ｆｉｇ．１ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ＳＤ ｃａｒｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＭＣＵ
图１中， ｌ为４．７ ｋｌｑ的电阻，Ｒ２为１００ ｎ
的电阻，尺３为１ Ｍｒ／的电阻，Ｃ１为０．Ｏ１ Ｆ的电
容，Ｓ１为复位按钮，Ｃ２、ｃ３为２２ＰＦ的电容，Ｙ为
１６ ＭＨｚ的晶振． ｌ、 、Ｃ１、Ｓ１构成了单片机的复
位电路，ｃ２、ｃ３、Ｙ、Ｒ３为单片机的振荡电路．
３软件程序设计
３．１ ＳＰＩ初始化程序
ＳＤＨＣ卡工作在ＳＰＩ模式时，一次数据传输
期内ｃＳ引脚必须保护为低电平，数据传输结束后
需将ＣＳ置为高电平．一个字节的数据传输方向
是，高字节在先，低字节在后．ＳＤＨＣ卡输出数发生
在时钟的下降沿之后，ＳＤＨＣ卡接收数据时时钟的
上升沿锁存数据．在ＳＤＨＣ卡的初化过程中，ＳＰＩ
的时钟频率为１００～４００ ｋＨｚ，初始化结束后，ＳＰＩ
的时钟频率为０～６ ＭＨｚ．为了实现单片机与
ＳＤＨＣ卡通信，单片机的ＳＰＩ口应按ＳＤＨＣ卡的时
序要求工作 ｊ．用ＭＣ９Ｓ１２ＸＳ１２８单片机控制宇瞻
４ ＧＢ的ＳＤＨＣ卡时，单片机的ＳＰＩ口初始化程序
如下：
ｖｏｉｄ ＳＰＩ
—Ｉｎｉｔ（ｖｏｉｄ）
｛ＭＯＤＲＲ＝０；
ＭＯＤＲＲ
—ＭＯＤＲＲ４＝１；／／使用ＰＭ口
ＤＤＲＭＩ＝０ｘ３８；／／ＳＣＫＯ＝１，ＭＯＳＩ＝１，
ＳＳＯ＝１
ＤＤＲＭ＆＝（～０Ｘ０４）；／／ＭＩＳＯ＝０输入
ＳＰ１０ＣＲ１＝０ｘ５Ｅ：／／ＣＰＯＬ＝１．ＣＰＨＡ＝１
ＳＰ１０ＣＲ２＝０ｘ００：
ＳＰＩＯＢＲ＝０ｘ０７；／／ＳＰＩ速率：３ｌ２．５ ｋＨｚ｝
３．２ ＳＤ卡的初始化程序
上电后，ＳＤ卡处于ＳＤ模式，采用ＳＰＩ模式访
问ＳＤ卡时必须先将ＳＤ卡的工作模式转换成ＳＰＩ
模式，然后用ＳＰＩ模式命令访问ＳＤ卡中的存储
器．初始化ＳＤ卡的的主要任务是，判断卡槽中的
ＳＤ卡是何种ＳＤ卡，并将ＳＤ卡的工作模式设置成