MMC- und SD-Karten

MMC- und SD-Speicherkarten lassen sich im SPI-Modus relativ einfach mit einem Mikrocontroller ansteuern. Prinzipiell gibt es zwischen SD-Card und MMC nicht viele Unterschiede, allerdings sind SD-Karten weiter verbreitet, in der Regel schneller als MMCs, und haben ein besser implementiertes SPI-Interface. Es existieren diverse Varianten (miniSD, microSD), die zur normalen SD-Card weitgehend kompatibel sind.

Die Karte liest das anliegende Datenbit mit der steigenden Taktflanke ein, als SPI-Modi eignen sich somit Mode 0 (CPOL=0, CPHA=0) und Mode 3 (CPOL=1, CPHA=1) (siehe auch Serial Peripheral Interface). Bei MMCs ist der SPI-Modus nicht genau spezifiziert, somit kommt es durchaus mal vor dass der SPI-Modus je nach Karte unterschiedlich gewählt werden muss, oder dass die Karte überhaupt nicht zuverlässig funktioniert (siehe Beitrag im Forum).

DOs und DON'Ts bei der Ansteuerung

• Lasst euch nicht verrückt machen wenn es einfach nicht funktioniert, sondern probiert zu allererst mal eine SD-Karte eines anderen Herstellers aus. Die MMC-Implementierung für AVR von Elm Chan z. B. funktioniert mit SanDisk problemlos hat aber mit Platinum Karten ein Problem.
• Taktfrequenz bei der Initialisierung nicht höher als 400kHz
• Ein Pullup-Widerstand am Ausgang der MMC/SD Karte (DO) ist für eine saubere Initialisierung per SPI notwendig! (Thread mit Erklärung dazu)
• Ein Pullup-Widerstand an der Select-Leitung (/CS) schadet nicht und stellt sicher, dass die Karte erst mit Absicht selektiert wird.
• Nachdem die Karte deselektiert wurde (/CS auf high), die Taktleitung noch einige Male pulsen, damit die Karte DO hochohmig/tri-state schaltet (vgl. Chans Erläuterungen).
• Im SPI-Mode die nicht benutzten SD-Datenleitungen mit Pull-Ups versehen ([1])
• Saubere Versorgung: Kein Dioden-Pfusch, mit dem eine vorhandene 5V Versorgung mittels in Reihe geschalteter Dioden auf irgendwas im Bereich 3V "geregelt" wird. Stattdessen einen guten 3,3V-Regler verwenden. Die Karte mag es nicht, wenn mehr als 60mV Ripple auf Vcc ist. LM317 oder LM1117-ADJ/-3.3 mit entspechenden Kondensatoren reicht zumindest bei Basteleien allemal.
• Sauberer Anschluss der Digitalschnittstelle: Spannungsteiler "verschleifen" die Signale bei hohen Frequenzen und die Übertragungsrate muss dann begrenzt werden. Also entweder ein Pegelwandler oder gleich an ein 3,3V I/O anschließen.
• Die Karten verfügen weder über einen Reset- noch einen Sleep-Anschluss. Moderne Karten reduzieren bei Nichtbenutzung ihren Stromverbrauch, einen vollständigen Reset kann man jedoch nicht per Software auslösen. Daher sollten die Karten per P-Channel-FET oder Spannungsregler/-wandler mit Enable-Funktion so angeschlossen werden, dass über Versorgung an/aus ein (Power-On-)Reset ausgelöst werden kann. Dabei darauf achten, dass vorhandene Pull-Up-Widerstände bei abgeschalteter Versorgung ebenfalls deaktiviert werden (vgl. z. B. Schaltplan für den Anschluss von SD-Card/MMC per SPI an AVR in Chans Beispielen. Link unten).
• Guter Kontakt im Steckplatz, sehr gut eignen sich mit der Zange verbogene Stiftleisten, oft sieht es aus als ob es "passt", aber es gibt doch keinen Kontakt, daher bei Fehlern: Immer Durchmessen! Auch zu erwähnen wären da alte ISA-Bus Buchsen, die auf jedem alten PC Mainboard drauf sind. Um sicher zu gehen, dass der Kontakt wirklich gut ist, sollte man aber trotzdem SD-Slots benutzen. Diese bekommt man u.a. bei CSD (günstig), Reichelt (teuer) oder aus alten Kartenlesern.
• Guter Kontakt #2: Was sich im übrigen auch sehr gut eignet sind Adapter von MiniSD auf normales SD-Format, um dann MiniSD zu benutzen. Wenn man eine Stiftleiste im 2.54mm-Format oder Lötnägel im selben Format auf der Platine hat, kann man daran wunderbar den SD-Kartenadapter anlöten. Das ist mechanisch recht stabil. Ein kleines Manko ist allerdings, daß dann eine Gold-Lötzinn-Legierung durch die vergoldeten Kontakte entsteht und das soll ja dem Lötzinn langfristig nicht sehr zuträglich sein. Aber für's Hobby funktioniert das wunderbar.
• Speziell PIC: Wird der C18 Compiler benutzt, so hat man in der Bibliothek die Funktion ReadSPI(). Diese darf nicht benutzt werden, da sie SSPBUF vor dem Lesevorgang mit 0x00 initialisiert. Die SD-Karte erwartet aber 0xff !! Man kann die Funktion aus der Bibliothek kopieren und SSPBUF = 0xff schreiben, dann gehts.

(Liefere Bild in besserer Qualität nach!)

Bibliotheken zur Ansteuerung

• ELM ChaN FatFs FAT(12,16,32)-Dateisystem. Klein und übersichtlich, hochoptimiert, frei auch für kommerzielle Anwendung. Beispiele für AVR, H8, LPC2k mit MCI u.a. enthalten ("samples"), neuere Versionen mit LFN-Unterstützung. Beispiel für AT91SAM7 inkl. DMA im Projekt ARM MP3/AAC Player. (siehe auch M. Thomas' ARM+SD/MMC Seite)
• ELM ChaN Petit FatFS FAT(12,16,32)-Dateisystem. Sehr klein. Beispiele für AVR.
• EFSL FAT16/32-Dateisystem, unterstützt Partitionen und Superfloppys, Beispielcode für AVR, LPC2000 und AT91SAM7 enthalten (siehe auch M. Thomas' ARM+SD/MMC Seite)
• Holger Klabundes FAT16/32 mit Beispielen für AVR MMC/SD und CF, LPC2k mit SPI
• libfat aus dem devkitpro-Projekt u.a. LFN-Unterstützung.
• MMC-Ansteuerung mit FAT16 von Ulrich Radig
• DOSFS Free FAT12/FAT16/FAT32 Filesystem "DOSFS is a free FAT-compatible filesystem intended for fairly low-end embedded applications. Intended target systems would be in the ballpark of 1K RAM, 4K ROM or more".
• MMC/SD-Karte mit FAT16 an AVR von Roland Riegel
• Circuit Cellar FAT16 MMC/SD mit MMC/SD Hardwaretreiber für MSP430
• "Implementing FAT32 File Systems on ADSP-BF533 Blackfin Processors" Application Note und Code von ADI
• FAT-Code in Atmel's AVR32 UC3 Software-Library
• AVR FAT16/32 Bibliothek mit Wiki. Unterstützt LFN und Ordner Rekursiv löschen. SVN für neuste Version.
• pC/FAT driver "using SPI for sector read/write to MMC/MMCplus/HD-MMC/M-Bridge/SD/SDHC-cards on different platforms"
• SD Card Interfacing with ATmega8 (FAT32 implementation) by CC Dharmani
• OpenFAT: "OpenFAT is a FAT filesystem implementation intended for use with embedded microcontrollers in small systems. (...) OpenFAT is licensed under the GPL, version 3."

Allgemeine Informationen

• Datenblätter ( SD Card Product Manual 2.2 )
• ELM ChaN - How to Use an MMC
• ELM ChaN - FatFs Generic FAT File System Module
• Beiträge zum Thema MMC/SD im Forum (ca. 200 Threads)
• Weiter unten im Text (runterscrollen) gibt es interessante Oszi-Bilder zu den oft genannten Spannungsteilern oder Transistorlösungen als Pegelwandler
• Microchip Memory Disk Drive System mit FAT32 und SDHC Unterstützung
• Gute Beschreibung der SDIO-Architektur und wie man eine SD-Karte mit ARM bzw. AVR benutzt

Bauteile

• DIY SD-Card Fassung aus einem alten Floppy Kabel

• Halter für SD-Karten

• günstige Komplettlösung mit bidirektionalem Pegelwandler, Spannungsregler, Kartenhalter

Projekte

• Ultimate Floppy Emulator von Retromaster (PIC32 @ 80 Mhz, 16 Mb SDRAM)