SD卡是基于flash的存储卡。
SD卡和MMC卡的区别在于初始化过程不同。
SD卡的通信协议包括SD和SPI两类。
SD卡使用卡内智能控制模块进行FLASH操作控制，包括协议、安全算法、数据存取、ECC算法、缺陷处理和分析、电源管理、时钟管理。 2、功能介绍
2.1 特点
1) 主机无关的FLASH内存擦除和编程
读或写数据，主机只要发送一个带地址的命令，然后等待命令完成，主机无需关心具体操作 的完成。当采用新型的FLASH时，主机代码无需更新。
2) 缺陷管理
3) 错误恢复
4) 电源管理
Flash每个扇区有大约10万次的写寿命，读没有限制。
擦除操作可以加速写操作，因为在写之前会进行擦除。
3 SD总线模式 束线带3.1 Negotiating Operation Conditions 当主机定义了SD卡不支持的电压范围时，SD卡将处于非活动状态，将忽略所有的总线传输。要退出非活动状态唯一的方法就是重新上电。
3.2 SD卡获取和识别
SD卡总线采用的是单主多从结构，总线上所有卡共用时钟和电源线。主机依次分别访问每个卡，每个卡的CID寄存器中已预编程了一个唯一的卡标识号，用来区分不同的卡。
主机通过READ_CID命令读取CID寄存器。CID寄存器在SD卡生产过程中的测试和格式化时被编程，主机只能读取该号。
DAT3线上内置的上拉电阻用来侦测卡。在数据传输时电阻断开(使用 ACMD42)。
3.3 卡状态
卡状态分别存放在下面两个区域：
卡状态（Card Status），存放在一个32位状态寄存器，在卡响应主机命令时作为数据传送给主机。
SD状态（SD_Status），当主机使用SD_STATUS（ACMD13）命令时，512位以一个数据块的方式发送给主机。SD_STATUS还包括了和BUS_WIDTH、安全相关位和扩展位等的扩展状态位。
3.4 内存组织
数据读写的基本单元是一个字节，可以按要求组织成不同的块。
Block:块大小可以固定，也可以改变，允许的块大小是实际大小等信息存储在CSD寄存器。
Sector:和擦除命令相关，由几个块组成。Sector的大小对每个设备是固定的，大小信息存储在CSD寄存器。
WP Group:写保护单位。大小包括几个group，写保护由一位决定，对每个设备大小是固定的，存储在CSD寄存器。
3.5 读写操作
Single Block Mode:主机根据事先定义的长度读写一个数据块。由发送模块产生一个16位的CRC校验码，接受端根据校验码进行检验。读操作的块长度受设备sector大小 (512 bytes)的限制，但是可以最小为一个字节。不对齐的访问是不允许的，每个数据块必须位于单个物理sector内。写操作的大小必须为sector大小，起始地址必须与sector边界对齐。
隔热断桥铝型材Multiple Block Mode:主机可以读写多个数据块（相同长度），根据命令中的地址读取或写入连续的内存地址。操作通过一个停止传输命令结束。写操作必须地址对齐。
3.6 数据传输速率
SD卡可以通过单数据线（DAT0）或四根数据线（DAT0-DAT3）进行数据传输。单根数据线传输最大传输速率为25 Mbit/s，四根数据线最大传输速率为100 Mbit/s。
3.7 数据保护
每个sector的数据通过Error Correction Code (ECC)进行保护。在写sector时生成ECC，在读sector时检验ECC。如果发现错误，在传输前进行纠正。
3.8数据擦除
SD卡数据擦除的最小单位是sector。为了加速擦除操作，多个sector可以同时擦除。为了方便选择，第一个指令包含起始地址，第二个指令包含结束地址，在地址范围内的所有sector将被擦除。
3.9 写保护
圆皂角两种写保护方式可供选择，永久保护和临时保护，两种方式都可以通过PROGRAM_CSD指令进行设置。永久保护位一旦设置将无法清除。
3.10 拷贝位
通过CSD非接触测量寄存器中的拷贝位（copy bit）设置SD卡中的数据是原始数据还是拷贝数据。拷贝位一旦设置，将无法清除，在测试和格式化时使用。
3.11 CSD寄存器
所有SD卡的配置信息存储在CSD寄存器。通过SEND_CSD读取，PROGRAM_CSD修改。
4 SPI模式
二、 SD卡接口描述
1 引脚和寄存器
主机通过9个引脚和SD卡相连
1.1 SD模式引脚
扩展数据线(DAT1-DAT3)上电后为输入，SET_BUS_WIDTH命令执行后作为数据线。即使只有DAT0使用，所有数据线都和外部上拉电阻连接，否则DAT1 & DAT2（如果未被使用）的振荡输入将引起非期望的高电流损耗。
上电后，数据线输入50K(+/-20K)欧姆的上拉（用来进行卡侦测和SPI模式选择）。用户可以在常规数据传输时，通过SET_CLR_CARD_DETECT (ACMD42)命令分离上拉。
1.2 SPI模式引脚
1.3 寄存器
名称 | 宽度 | 描述 |
CID | 128 | 卡标识号 |
RCA | 16 | 相对卡地址（Relative card address）:本地系统中卡的地址，动态变化，在主机初始化的时候确定 *SPI模式中没有 |
CSD | 128 | 卡描述数据:卡操作条件相关的信息数据 |
SCR | 64 | SD配置寄存器:SD卡特定信息数据 |
OCR | 32 | 操作条件寄存器 |
| | |
主机通过重新上电来重置（reset）卡。卡有它自身检测上电的电路，当上电后卡状态切换到idle状态。也可以通过GO_IDLE (CMD0)指令来重置。
2 SD卡总线拓扑
SD总线有6根通信线和三根电源供应线：
✧ CMD——命令线是双向信号线。主机和卡通过push pull 模式工作。
✧ DAT0-3——数据线是双向信号线。主机和卡通过push pull 模式工作。
✧ CLK——时钟是从主机到卡的信号。CLK通过push pull 模式操作。
✧ VDD—VDD是所有卡的电源供应线。
✧ VSS[1:2]—VSS是2根地线。
在初始化的时候，向每个卡分别发送命令，允许应用检测卡并给物理槽（physical slot）分
配逻辑地址。数据通常分别传输给每个卡。然后，为了方便处理卡堆栈，初始化后所有命令同时发送给所有卡，在命令数据包中包含了操作地址。
SD总线允许动态配置数据线数目。上电后默认SD卡只用DAT0作为数据传输线。初始化后，主机可以改变总线宽度。这个特性使得在硬件开销和系统性能间取得平衡。
3 SPI总线拓扑 4 电气接口 4.1 上电
上电后，包括热插入，卡进入idle状态。在该状态SD卡忽略所有总线操作直到接收到ACMD41命令。ACMD41命令是一个特殊的同步命令，用来协商操作电压范围，并轮询所有的卡。除了操作电压信息，ACMD41的响应还包括一个忙标志，表明卡还在power-up过程工作，还没有准备好识别操作，即告诉主机卡还没有就绪。主机等待(继续轮询)直到忙标志清除。单个卡的最大上电时间不能操作1秒。
上电后，主机开始时钟并在CMD线上发送初始化序列，初始化序列由连续的逻辑“1”组成。序列长度为最大1毫秒，74个时钟或supply-ramp-up时间。额外的10个时钟(64个时钟后卡已准备就绪)用来实现同步。
每个总线控制器必须能执行ACMD41和CMD1。CMD1要求MMC卡发送操作条件。在任何情况下，ACMD41或CMD1必须通过各自的CMD线分别发送给每个卡。
5 寄存器 5.1 OCR(Operating Conditions Register)
32位的操作条件寄存器存储了VDD电压范围。SD卡操作电压范围为2~3.6V。然而从内存中访问数据的电压是2.7~3.6V。OCR显示了卡数据访问电压范围，结构如下表所示。
表3-8 OCR寄存器定义
OCR位 | VDD电压范围 |
0-3 | 保留 |
4 | 1.6~1.7 |
5 | 1.7~1.8 |
6 | 1.8~1.9 |
7 | 1.9~2.0 |
8 | 2.0~2.1 |
9 | 2.1~2.2 |
10 | 2.2~2.3 |
11 | 2.3~2.4 |
12 | 2.4~2.5 |
13 | 2.5~2.6 |
14 | 2.6~2.7 |
15 | 2.7~1.8 |
16 | 2.8~2.9 |
17 | 2.9~3.0 |
18 | 3.0~3.1 |
19 | 3.1~3.2 |
20 | 3.2~3.3 |
21 | 3.3~3.4 |
22 | 3.4~3.5 | 36ai
23 | 3.5~3.6 |
24-30 | 保留 |
31 | 卡上电状态位(忙) |
| |
OCR结构如下图所示。如果第32位（busy bit）置位，表明卡上电过程已结束。
5.2 CID(Card Identification)
CID寄存器长度为16个字节的卡唯一标识号，该号在卡生产厂家编程后无法修改。SD和MMC卡的CID寄存器结构不一样。
名称 | 类型 | 宽度 | CID位 | 内容 | CID值 |
厂商ID | Binary | 8 | [127:120] | SD卡协会管理和分配 | 0x03 |
OEM/Application ID(OID) | ASCII | 16 | [119:104] | 识别卡的OEM或卡内容，由制造商分配 | 0x53,0x44 |
产品名（PNM） | ASCII | 40 | [103:64] | 5个ASCII字符 | SD128反光雨衣 |
产品版本（PRV） | BCD | 8 | [65:56] | 2个二进制编码的十进制数 | 产品版本（30）1 |
序列号(PSN) | Binary | 32 | [55:24] | 32位无符号整数 | 产品序列号 |
保留 | | 4 | [23:20] | | |
生成日期(MDT) | BCD | 12 | [19:8] | yym（从2000年的偏移量） | 如:Apr 2001=0x014 |
CRC7校验和(CRC) | Binary | 7 | [7:1] | CRC Calculation: G(x)=x7+3+1 M(x)=(MID-MSB)*x119+...+(CIN-LSB)*x0 0]=Remainder[(M(x)*x7)/G(x)] | CRC7 |
未用 | | 1 | [0:0] | | |
| | | | | |
1、格式为“n.m”，如“6.2”表示为0110 0010
豫公网安备41160202000603
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