FPGA上实现SD卡连续多块读的命令

news2025/5/17 22:00:33

在FPGA上实现SD卡连续多块读的命令

CMD17命令一次只能读取1个块

CMD18命令一次可以连续读取多个块，直到停止命令CMD12

CMD18命令读的块数程序可任意设置

前言

一、SD卡多块读命令CMD18

二、停止读命令CMD12

三、SD卡初始化+SD卡连续块读操作的verilog代码

总结

前言

在用FPGA驱动LCD显示屏播放视频时，视频数据是存到SD卡里面的，播放视频对数据量的读需求非常大。如果用单块读CMD17命令显然无法满足我屏幕320*320的分辨率单像素16bit 24帧的需求，因为实测发现SD卡每次发单块读CMD17命令后，中间都要等很长一段时间，SD卡才会开始返回数据，这个等的时间比返回512个字节的时间还要多。所以得发送CMD18命令，改命令发一次可以连续读取多个块，直到发送停止命令CMD12，SD卡停止读，这样方可满足播放视频的需求。以下内容是对SD卡连续多块读操作的说明，同时也给出了相应的时序波形图，方便理解。

提示：以下是本篇文章正文内容，均为作者本人原创，写文章实属不易，希望各位在引用时附上本文链接。

一、SD卡多块读命令CMD18

关于SD的初始化，单块读写操作见文章，基于FPGA的SD卡音乐播放器之SD卡篇_sdio verilog-CSDN博客本文不再叙述。

CMD18命令芯片手册描述如下：

可见，发一次命令返回多个块，发送CMD18命令格式如下：

cmd_rd <= {8'h52,rd_sec_addr_buf,8'hff}; //写入连续读多个快CMD18

其中rd_sec_addr_buf是读的32位起始扇区地址，由于SD卡在SPI模式下默认不开启CRC校验，所以校验字节直接填的8'hff。发完命令后等8bit R1的响应，正常情况下响应的8bit为全0，然后准备开始解析SD卡返回的数据头0xfe，解析到数据头0xfe后，接下来接收SD卡返回的512个字节的数据，紧接着又会有下一块，依然是先解析到数据头0xfe后，再接收SD卡返回的512个字节的数据，如此循环直到发送CMD12这个停止命令。由此可见一次读多少个块是由主机什么时候发停止命令决定的。为了方便，我在编程的时候定义了一个参数，即一次连续读多少个块，读够后即发送停止命令，该参数可随意设置，设置成1就和单块读没区别。

该命令的实测波形图如下，注意由于MISO下降沿稳定，所以ILA抓取时注意用clk的下降沿取抓数据。

观察这张波形图，就能明白为什么我开始说的发命令后等的时间比返回512个字节的时间还要多了。放大发命令的部分如下图所示，可见发完命令后，SD卡会返回R1数据8‘h00。

返回数据部分放大如下：

下面是抓取的解析后的数据，解析时是每两个字节凑成16bit，和winhex中的数据完全对得上。

下图是两个块交界处的时序，可见第一个块数据返回完后，会接着有两字节的CRC，然后又去解析FE，之后便是下一个块的数据。

可见块连续读，一个块的数据返回完后，过24个CLK（图中9793-9769，2个FF+1个FE）就会接着返回下一个块的数据，比单块读效率高多了。

二、停止读命令CMD12

CMD12命令芯片手册描述如下：

R1b和R1类似，只是其带有忙信号。发送CMD18命令格式如下：

cmd_rd <= {8'h4C,32'b0,8'hff}; //停止读命令CMD12

parameter RD_BLOCKS = 20'd400; //SD卡连读读一次的块数

我在程序中定义了SD卡连读读一次的块数，支持修改为任意值，这里400是因为320*320的16bit像素一帧需要连续读400个块的数据。

三、SD卡初始化+SD卡连续块读操作的verilog代码

代码已经完成了SD卡的初始化，设置RD_BLOCKS后，连续读只需要将sd_rd_start_en拉高一个电平，在电平拉高的同时，给sd_rd_sec_addr复制块读开始读的扇区地址后，接下来sd_rd_val_en和sd_rd_val_data就会返回数据，其中sd_rd_val_en是是数据有效标志。

sd_ctrl_top

#(

.RD_BLOCKS(RD_BLOCKS)

)

u_sd_ctrl_top(

.clk_ref (clk),

.clk_ref_180deg (!clk),

.rst_n (rst_n),

//SD卡接口

.sd_miso (sd_miso),

.sd_clk (sd_clk),

.sd_cs (sd_cs),

.sd_mosi (sd_mosi),

//用户读SD卡接口

.rd_start_en (sd_rd_start_en),

.rd_sec_addr (sd_rd_sec_addr),

.rd_busy (sd_rd_busy),

.rd_val_en (sd_rd_val_en),

.rd_val_data (sd_rd_val_data),

.sd_init_done (sd_init_done)

);