第一部分：物理层规范V1.01的简化版本
1．概述
SD存储卡（Secure Digital Memory Card）是特别为符合新出现的音频和视频消费电子设备的安全性、容量、性能和环境等要求而设计的一种存储卡。SD存储卡包含符合SDMI标准安全性的版权保护机制，速度更快而且存储容量更大。SD存储卡的安全系统使用双方认证和“新的密码算法”技术，防止卡的内容被非法使用。它还提供了一种无安全性的访问方法访问用户自己的内容。SD存储卡的物理外形、引脚分配和数据传输协议都向前兼容多媒体卡（MultiMediaCard），但也增加了一些内容。 SD存储卡的通信基于一个高级的9引脚接口（时钟、命令、4条数据线和3条电源线），可以在最高25MHz频率和低电压范围内工作。通信协议也是本规范的一部分。SD存储卡的主机接口也支持常规的多媒体卡操作。也就是说向前兼容多媒体卡。实际上，SD存储卡和多媒体 卡的主要区别在初始化过程。
聚噻吩SD存储卡规范共有几个文档，其文档结构图如图1所示。
图1 SD存储卡文档结构
∙SD存储卡音频规范
这个规范以及其他规范介绍了某些应用（这里是音频应用）的规范以及实现要求。
∙SD存储卡文件系统规范
介绍了保存在SD存储卡中的数据的文件格式结构规范（包括有保护和无保护方面）。
∙SD存储卡安全规范
介绍了版权保护机制以及支持的应用专用命令。
∙SD存储卡物理层规范（本规范）
介绍了SD存储卡使用的物理接口和命令协议。本规范的目的是定义SD存储卡的环境和操作。
脱模剂原料本文档分几个部分，第三章概述了系统的概念。一般的SD存储卡特性在第四章介绍。由于这里定义了卡的所有属性，我们建议同时参考产品文档。卡的寄存器在第五章介绍。第六章定义了SD存储卡的硬件接口电气参数。第八章介绍了SD存储卡的物理和机械特性以及卡槽的最小标准。
2．系统特性
∙用于便携式和固定应用。
∙电压范围：
-SD存储卡：
基本通讯（脉动压力传感器CMD0、CMD15、CMD55、ACMD41）：2.0～3.6V。
其他命令和存储器访问：2.7～3.6V。
-SDLV存储卡（低电压）工作电压范围：1.6～3.6V。
∙用于只读卡或读／写卡。
∙时钟频率0～25MHz。
∙读／写速率高达10MB/s（用4条并行数据线）。
∙在有10张卡时仍能达到最高数据速率。
∙纠正存储区的错误。
∙在读操作的过程中拔出卡不会破坏卡的内容。
∙向前兼容多媒体卡。稻壳发电
∙版权保护机制——符合SDMI标准的最高安全性。
∙卡有密码保护功能（可选）。
∙用机械开关实现的写保护特性。
∙内嵌的写保护特性（永久和暂时）。
∙检测卡（插入／拔出）。
∙缠绕膜复卷机应用的专用命令。
∙令人满意的擦除机制。
∙通信信道的协议属性：
防砸安全鞋
SD存储卡的通信信道 |
6线的通信信道（时钟、命令和4条数据线） |
防止错误的数据传输 |
单块或多块数据传输 |
|
∙SD存储卡的厚度可以是为2.1mm（普通）和1.4mm（薄SD存储卡）。
3．SD存储卡的系统概念
SD存储卡为应用的设计人员提供了低成本的大容量存储设备（如可移动的卡），支持高安全等级的版权保护以及简单、易于实现的接口。
按提供的功能（由SD存储卡系统命令的子集给出）差异，SD存储卡可以分成几种类型：
∙读／写（R/W）卡（Flash、OPT、MTP（可多次编程））。这些卡作为空的介质售卖，用于大容量数据存储、终端用户的视频、音频或数字影像记录。
∙只读存储卡（ROM）。这些卡有固定的数据内容。它们典型用于软件、音频、视频等媒体的销售。
按工作电压可以将SD存储卡分为两类：
∙支持2.0V~3.6V的初始化／识别过程的SD存储卡，这个工作电压范围在CSD寄存器定义。
∙SDLV存储卡——低电压SD存储卡，它可以在1.6~3.6V的电压范围工作。SDLV存储卡与SD存储卡的标识不一样。
SD存储卡系统包括SD存储卡（或几种卡）的总线及其主机／应用。主机和应用规范不在本文档的讨论范围内。下面部分将介绍卡的概述、总线拓扑结构和SD存储卡系统的通讯协议。版权保护（安全）系统将在SD存储卡安全规范文档中介绍。
3.1 总线拓扑结构
SD存储卡系统定义了两种通信协议：SD和SPI。应用可以选择其中一种模式。模式选择对于主机来说是透明的。卡自动检测复位命令的模式，而且要求以后的通信都按相同的通信模式进行。因此，只使用一种通信模式的应用不需要明白另一种模式。 3.1.1 SD总线
图2 SD存储卡系统的总线拓扑结构
SD总线包含以下信号：
CLK: 主机向卡发送的时钟信号；
CMD: 双向的命令／响应信号；
DAT0～DAT3: 4个双向的数据信号；
VDD、VSS1、VSS2: 电源和地信号。
SD存储卡总线有一个主机（应用）、多个从机（卡）和同步的星形拓扑结构（参考图2）。所有卡共用时钟、电源和地信号。命令（CMD）和数据（DAT0~DAT3）是卡的专用信号，为所有卡提供连续的点对点连接。
在初始化进程中，命令被分别发送到各张卡，允许应用程序检测到卡并向物理卡槽分配逻辑地址。各张卡的数据通常独立地发送（接收）。但是，为了简化卡的成批处理，在初始化进程后，所有命令可能同时发送到所有卡。命令包中提供地址信息。
SD总线允许动态配置数据线的数量。在上电后，SD存储卡默认只使用DAT0进行数据传输。初始化后，主机可以修改总线宽度（有效的数据线数量）。这个特性允许简单地交替选择HW成本和系统性能。注意：SD主机在不使用DAT1~DAT3时可以使自己的DAT1~DAT3线处于三态（输入模式）当。
3.1.2 SPI总线
SD存储卡兼容的SPI通信模式使SD存储卡可以通过SPI信道与市场上的许多微控制器通信。这个接口在上电后的第一个复位命令期间选择，而且在上电期间不能修改。
SPI标准只定义了物理链路而不是完整的数据传输协议。SD存储卡的SPI功能使用相同的SD模式命令集。从应用的观点看来，SPI模式的优点是能使用现成的主机，因此将设计工作量降至最低。但缺点是性能有损失，例如不能像SD模式一样选择总线宽度。
SD存储卡的SPI接口与市场提供的SPI主机兼容。和其他SPI设备一样，SD存储卡的SPI信道由以下4个信号组成：
CS: 主机向卡发送的片选信号；
CLK: 主机向卡发送的时钟信号；
DataIn: 主机向卡发送的数据信号；
DataOut: 卡向主机发送的数据信号。
另一个SPI共有的特性是字节传输，这种特性也能在SD卡实现。所有数据令牌都是字节（8
位）的倍数，而且字节通常与CS信号对齐。
图3 SD存储卡系统（SPI模式）的总线拓扑结构
卡的识别和寻址由硬件片选（CS）信号代替。因此没有广播命令。对于每个命令来说，卡（从机）由低电平有效的CS信号选中（见图3）。
CS信号在SPI处理（命令、响应和数据）期间必须连续有效。唯一的例外情况是卡的编程，在这个过程中主机可以使CS信号为高电平，但不影响卡的编程。
SPI接口使用SD总线9个SD信号中的7个（不使用DAT1和DAT2，DAT3是CS信号）。
3.2 总线协议
3.2.1 SD总线
SD总线上的通信基于以起始位开始、以停止位结束的命令和数据位流。
∙命令：命令是启动一项操作的令牌。命令可以从主机发送到一张卡（寻址命令）或发送到连接的所有卡（广播命令）。命令在CMD线上串行传输。
∙响应：响应是从被寻址的卡或（同时）从所有连接的卡发送到主机，作为对接收到的命令的回答的令牌。响应在CMD线上串行传输。
∙数据：数据可以从卡发送到主机或者相反。数据通过数据线传输。
图4 “无响应”和“无数据”操作
卡的寻址由会话地址实现，并在初始化阶段分配给卡。命令、响应和数据块的结构在第四章介绍。SD总线的基本处理是命令／响应处理（请参考第四章）。这类型的总线处理直接在命令或响应结构中传输它们的信息。另外，某些操作还有数据令牌。
SD存储卡的数据传输通过块的形式进行。数据块后面通常有CRC位。它定义了单块和多块操作。注意：在快速写操作中使用多块操作模式最理想。当CMD线出现停止命令时，多块传输结束。主机可以配置数据传输是使用一条还是多条数据线。
图5 （多）块读操作
不管块的写操作使用了多少条数据线传输数据，它只使用DAT0数据线上的写操作忙信号。
图6 （多）块写操作
命令令牌的编码策略如下：
图7 命令令牌的格式
每个命令令牌都以起始位（0）开始，以结束位（1）结束。令牌的总长度是48位。每个令牌都有CRC位，这样可以检测传输错误并重复操作。
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