PIC 16F877 con memoria SD Temas generales de la Memoria SD El usar como memoria de datos de un PIC, una tarjeta SD, es un trabajo complicado, hasta develar sus misterios. Hay poca información y la que hay está confusa y con equivocaciones. Me ha llevado mas de diez días de trabajo poder hacer que el sistema funcione. Es mi anhelo, que con esta información les lleve muchos menos días. Lo primero de todo es que tengan en su PC un programa que lea y edite las tarjetas SD. Encontré el Explorer y el WinHex. El primero me dejó de leer el puerto USB con el adaptador de tarjeta y el segundo me resultó el mejor. Bajarlo de http://alvareitor.programasfull.com. El archivo es WinHex_15.0_SR2_Espanol_bY_Alvareitor.rar. Una vez bajado e instalado según las instrucciones, verán esta pantalla:
Muestra la memoria SD que uso para las experiencias. Marqué con rojo las cosas importantes. Está conectada en un USB, drive “O”, Formateada en FAT16, muestro el sector 3, que comienza en la dirección 600 hexadecimal, tiene 1.8 GB de capacidad útil y casi 2 GB de capacidad total. 512 Bytes por sector.
Lo más importante que quiero mostrar es donde dice “Sector físico = 140 y “Sector lógico= 3“. Los “@” los grabé yo y comienzan en la dirección lógica 0x600. En todos los ejemplos que vi en Internet usan esta dirección para grabar. Tardé muchos días experimentando sin poder grabar, hasta que encontré en un artículo en inglés, que la dirección que se debe usar es la física. Y entonces grabé y leí bien. La dirección lógica cero corresponde a la física 137 (Decimales), de manera que en lugar de marcar como inicio de grabación o lectura la dirección 0x600 = sector 3 x 0x200, se deberá calcular (3 + 137) x 512 = 71680 , o sea 0x11800. En una segunda memoria SD de la misma capacidad, el sector lógico cero es 135 físico, de manera que para cada tarjeta se debe mirar el número y hacer los cálculos, o en mi caso uso 137 para las dos. Cuando seguí haciendo experiencias con las grabaciones, en un caso por mala programación me grabó el sector cero, y perdí la FAT, con el resultado de “Tarjeta imposible de leer” en la PC. Para formatear la SD, usar el programa oficial de tarjetas SD. Está en Download SD Formatter donde encontrarán instrucciones de uso. Instrucciones para formatear. Se bajan de esta dirección. Cuando la quise formatear, el SD formatter no me la aceptaba, porque en el sector averiado, supongo que están los códigos que protegen las SD contra copias piratas, si se las protege. Entonces la formateé con el Windows XP, haciendo botón derecho en
luego seleccionar luego . Aparecerá la tarjeta SD si está conectada a la PC. Allí se formatea lento y destruirá las protecciones, de manera que desaparece la diferencia entre sectores lógicos y sectores físicos. Solo queda el sector físico, y no vale lo que mostré arriba. La dirección donde comienza la escritura y la lectura se calcula como Sector * 512. Para el sector 3 es 3 * 512 = 1536 en decimal o 0x600. Encontrarán que en firmware simple, la dirección es 0x11800 y en el firmware función la dirección es 1536 decimal. En este último caso, no hay diferencia entre físico y lógico, y la función “comando” recalcula la dirección a hexadecimal. Para convertir unidades uso este convertidor. También de la página pueden bajar el archivo fuente. ( www.arossini.com.ar ).
Esta es otra cosa a tener en cuenta. A no olvidarse. Es como en los disquetes.
Plaqueta para conectar la Memoria SD al PIC Este fue otro dolor de cabeza, porque copié diseños de Internet, que no me sirvieron, porque al mirar las ondas de clock y datos con un osciloscopio, deformaban la onda, convirtiéndola de cuadrada a triangular, y nada funcionaba.
Comencé a diseñar mi propia interfase, con ayuda del osciloscopio y este esquema del manual de la memoria San Disk, que se baja de aquí. Ningún diseño usaba resistencias Pull Up, como indica el manual
Las resistencias Pull Up son las de 10K. Los Zener de 3.3 Volt, bajan la tensión de 5 Volt del PIC a 3 Volt aproximadamente. El consumo de la Tarjeta está en el orden de 65 mA.
Este esquema está en el esquema general del PIC. Yo lo armo en una plaqueta separada para poder usarlo con otros PICs, al igual que la plaqueta que uso para la comunicación con el puerto serie.
Comandos usados en SPI para SD Este trabajo, hecho lo más simple posible, es para INICIALIZAR la tarjeta, ESCRIBIRLA y LEERLA, escribiendo y leyendo bloques de memoria. Se escriben las posiciones de memoria. El trabajo siguiente a publicar será el de escribir y leer archivos de texto. Por ahora son palabras mayores para mí. La estructura de los comandos que se usan es de 6 Bytes y es la siguiente:
Los comandos usados en este trabajo son: CMD0
0x40 00 00 00 00 95
Coloca la tarjeta en inactividad
CMD1
0x41 00 00 00 00 FF
Activa la tarjeta
CMD17
0x51 XX XX XX XX FF
Permite leer un sector de la tarjeta
CMD24
0x58 XX XX XX XX FF
Indica el sector de inicio de la escritura
XX son datos en hexadecimal. Mas abajo explico como se calculan y escriben. Cuando enviamos un comando, debemos leer la respuesta. Es de 1 Byte Para calcular el número del comando para el CMD17 por ejemplo: CMD = 17; pasado a binario en el programa convertidor es 0b10001; se le agrega 01 de los bit 7 y 6 y 0 para el bit 5 mas los 5 bit de 10001, quedando 0b01010001. Se lo pasa a hexadecimal quedando 0x51, que es el valor mostrado arriba para comando 17. Esta es la estructura de la respuesta que se recibe:
COMANDO
RESPUESTA
INDICA
CMD0
0x01
En espera
CMD1
0x00
Activo (Lista)
CMD17 tarjeta
0xFE + (bytes leídos de 1 a 512)
Leer un sector de la
CMD24
0x00
0xFE + (bloque a escribir) 0xE5
Seguir con la escritura Recepción correcta
A 0xFE se lo denomina Token. Luego seguiremos con más detalles, en el Firmware.
Esquema
Firmware Hay en este trabajo, presentados dos Firmware: a) .Firmware simple. b) Firmware funcion. Los dos hacen lo mismo, escriben un sector de 512 Bytes con un carácter, y luego leen solo una cantidad de direcciones limitada en ese sector grabado.
El a) está hecho de la manera más simple posible, sin funciones que puedan hacer perder el fundamento de la comunicación SPI. Es un Firmware didáctico. Cuando Ustedes hagan el suyo, podrán tratar de ahorrar toda la memoria que quieran, seguramente. El b), usan una función llamada comando, que envía los comandos, y además funciónes Inicializar, Escribir y Leer. Tiene comunicación serie, para que manden a la PC todo lo que deseen, cuando hagan mejoras y necesiten corregir o detectar errores. Encontrarán que la mayoría de los comandos puerto serie están comentados, pues se usan solo en caso de problemas y me resultaron indispensables en su momento. Ustedes des-comentarán lo que necesiten. Usé el PIC 16F877, porqué encontré ejemplos con el en Internet. Seguiré con el 18F4550, pero presenta algún problema pues coincide la comunicación serie con el SPI, y ello me trajo conflictos que deberé solucionar. Usamos cristal de 20Mhz para que al seleccionar el divisor de frecuencia de clock de SPI a 64 obtengamos una frecuencia del mismo de aproximadamente 312Khz. (frecuencia para inicializar la memoria). La cuenta es 20000000 / 64 = 312500 Hz. La máxima frecuencia permitida para inicializar es 400 MHz. Luego puede llegar a 25 MHz.
Comunicación SPI Inicialización
Lectura
Escritura
Detalles del comando 17 Void Leer(void) { CS = 0; delay_us(100); //Respuesta=12;
// Habilitamos la Tarjeta SD
// Para que comience a funcionar el while si Respuesta viene = 0.
while(spi_read() !=0xFE){CMD17();} // Manda el comando 17, que lee un bloque del tamaño indicado por el comando 16, en la dirección 0x11800(0x600) for(i=0;i<100;i++){spi_write(0xFF);Respuesta=spi_read();printf("Leo: %c\n\r",Respuesta);}// Leer parte del bloque puts("Termine de Leer"); CS = 1;
// Deshabilitamos la SD
} // Fin de Leer CS = 0;
// Habilitamos la Tarjeta SD
Respuesta=12;
// Para que comience a funcionar el while si Respuesta viene = 0.
while(Respuesta !=0x00) // Manda el comando 17, que lee un bloque del tamaño estándar de 512 Bytes, en la dirección 0x600 La dirección 0x600 = sector 3 * 512 Byte= sector 3 * 0x200 Byte. Corresponde a sector lógico, que es lo que se ve en el programa WinHex, mostrado arriba. Pero nosotros necesitamos entrar la dirección correspondiente al sector físico; debemos sumar entonces 137 al número de sector. La dirección 0x600 (Lógico)= sector (3 +137)* 512 Byte = 71680. En hexadecimal = 0x11800. Lo agrupamos como 00 01 18 00 y así lo escribimos en el comando, como se ve abajo. El FOR es para leer la respuesta de la SD. Primero se manda un clock para dar tiempo a que llegue la respuesta y luego se la espera hasta que llegue. Si todo está bien se pasa a la rutina siguiente. void CMD17() { spi_write(0x51);
// Comando
spi_write(0x00);
// Comando
spi_write(0x01);
// Comando
spi_write(0x18);
// Comando
spi_write(0x00);
// Comando
spi_write(0xFF);
// Comando
for(i=0;i<12;i++) {spi_write(0xFF);Respuesta=spi_read();//printf("Leo 17: %x\n\r",Respuesta); if(Respuesta==0xFE) break;} }
Detalles del comando 24 Para este trabajo, se usa la misma dirección, de manera que se debe mirar el comando 17.
Para resolver problemas //puts("Pulsar Escribir");while(Pulsador ==1); delay_ms(500); Spi_write(0xFE) ; // Byte Inicial Escritura for(x=0;x<512;x++) {spi_write(Caracter);} spi_write(0xFF) ;
// CRC
for(i=0;i<64;i++) {spi_write(0xFF);Respuesta=spi_read(); //printf("Res Escribir: %x, %i\n\r",Respuesta,i); En rojo, muestro dos partes que están comentadas. Se usan para resolver problemas, cuando algo no funciona. Desmarcando la primera, manda un mensaje por puerto serie, mostrando lo último que hizo bien, y deteniendo el programa hasta que se presione el pulsador. La segunda nos muestra valores leídos, para que podamos interpretar la causa del problema. También se usa el pulsador, para poder ver esa señal en modo ¡Single” o sea que se detenga al recibir la señal, para observación.
Pantalla del osciloscopio
Estas ondas están generadas con la rutina “Prueba 05”, del Firmware. En amarillo es clock, en azul es el 0x01. //*************** Prueba 05 Mandamos clocks continuamente
CS = 1;
// Deshabilitamos la Tarjeta SD
puts("Mando Pulsos reloj con CS=1 y spi_write(0x01)"); puts("para ver CLOCK y SDI"); while(True) {spi_write(0x01);}
Fotografía
Otra lista con comandos Comando:
Argumentos:
Respuesta: Descripción:
CMD0
No
R1
Resetea la tarjeta
CMD1
No
R1
Inicializa la tarjeta
CMD9
No
R1
Pide a la tarjeta su información CSD
CMD10
No
R1
Pide a la tarjeta su identificación CID
CMD13
No
R2
Consulta el estado de la tarjeta
CMD16
[31..0] Longitud del R1 bloque.
Establece la longitud (en bytes) del bloque para los datos en las operaciones de lectura y escritura.
CMD17
[31..0] Dirección de R1 datos.
Lee un bloque del tamaño indicado por el comando 16.
CMD24
[31..0] Dirección de R1 R1 R1 Escribe un bloque del tamaño datos indicado por el comando 16.