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SD

SD卡(secure digital card)是SD卡協(xié)會(huì)開(kāi)發(fā)的低成本，非易失性存儲(chǔ)卡格式(相比較于RAM，SD卡掉電數(shù)據(jù)不丟失);

隨著本世紀(jì)電子技術(shù)的高速發(fā)展，對(duì)于這種中等型號(hào)，節(jié)能、節(jié)省空間的存儲(chǔ)器設(shè)備的需求一直在快速增長(zhǎng);

sd卡

SD卡具有SDHC的速度等級(jí)，范圍;2級(jí)(以2 MB / s的速度運(yùn)行);4級(jí)(以4MB / s的速度運(yùn)行);6級(jí)(以最高6 MB / s的速度運(yùn)行);10級(jí)(以最高的速度運(yùn)行) 10 MB /秒;

SDXC卡以超高速運(yùn)行，并以最高30 Mb/s的速度運(yùn)行;還有視頻速度等級(jí)，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)90MB/s。

SD卡速度級(jí)別

SD卡還具有不同的尺寸或形狀因子，包括standard SD卡, mini SD卡 and micro SD卡;

卡尺寸分類(lèi)

SD卡可以是通常具有高達(dá)4 GB的存儲(chǔ)容量的標(biāo)準(zhǔn)SD卡，也可以是高達(dá)64 GB的高容量卡(SDHC)以及達(dá)到TB級(jí)的擴(kuò)展容量(SDXC)。

卡容量

接口

SD卡可以在SD總線(xiàn)模式或SPI總線(xiàn)模式下運(yùn)行，通常可以使用SDIO總線(xiàn)或者SPI對(duì)SD進(jìn)行驅(qū)動(dòng);

下面主要以micro SD為例，就SDIO模式和SPI模式做簡(jiǎn)單做一下介紹;

microSD引腳輸出，SD模式

microSD引腳輸出，SPI模式

micro SD的引腳發(fā)布如下圖所示;

協(xié)議

SD協(xié)議中，由于命令數(shù)據(jù)線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)是分開(kāi)的，因此我們需要關(guān)注，命令的傳輸格式，以及數(shù)據(jù)的傳輸格式;

命令傳輸

命令以48位數(shù)據(jù)包的形式通過(guò)雙向CMD引腳進(jìn)行傳輸。

這些命令包包括命令索引，變量和CRC位。該命令始終通過(guò)主機(jī)發(fā)送，最終由SD卡接收。

回傳的響應(yīng)數(shù)據(jù)包也為48位。

整體命令如下圖所示;

48位的命令格式

每個(gè)命令的恒定長(zhǎng)度為6個(gè)字節(jié)。第一個(gè)字節(jié)是命令編號(hào)和數(shù)字64的 加法。例如：對(duì)于CMD0：命令編號(hào)0 + 64 = 64 = 0x40(十六進(jìn)制)。

對(duì)于CMD1：十六進(jìn)制命令號(hào)1 + 64 = 65 = 0x41。

隨后是一組四個(gè)字節(jié)，稱(chēng)為參數(shù)。

這些參數(shù)通常包含數(shù)據(jù)的地址或塊的長(zhǎng)度。

最后一個(gè)字節(jié)是CRC(循環(huán)冗余校驗(yàn))字節(jié)。

如果未啟用CRC功能，則大多數(shù)SPI模式下的命令都不需要校驗(yàn)字節(jié)。

對(duì)于某些命令，例如CMD0，CRC為0x95，在大多數(shù)情況下，發(fā)送的是0xFF。

啟用CRC要求您從微控制器發(fā)送正確的校驗(yàn)字節(jié)。因此，請(qǐng)確保啟用或禁用了CRC功能。

發(fā)送命令的格式如下所示;

幀格式

R1響應(yīng)0x01表示在響應(yīng)之前發(fā)送的命令已導(dǎo)致卡進(jìn)入空閑狀態(tài)。響應(yīng)字節(jié)0x00表示命令已被接受，SD卡將等待后續(xù)的事件發(fā)生。如果設(shè)置了R1響應(yīng)中的任何其他位，則是錯(cuò)誤的結(jié)果，并且將降低到圖中每個(gè)R1響應(yīng)位中提到的因數(shù)。

不同類(lèi)型的響應(yīng)及其含義如下所示;

響應(yīng)

數(shù)據(jù)傳輸

在數(shù)據(jù)傳輸期間，傳輸?shù)幕締挝环Q(chēng)為塊，通常為512字節(jié)，并通過(guò)所有4個(gè)數(shù)據(jù)引腳進(jìn)行傳輸。同樣，在每次塊傳輸之后，將發(fā)送16位CRC數(shù)據(jù)。

請(qǐng)注意，SD卡在狀態(tài)下運(yùn)行。每個(gè)狀態(tài)都有不同的命令集，主機(jī)可以通過(guò)控件更改狀態(tài)。

命令和數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)時(shí)鐘信號(hào)同步。最初，主機(jī)使用400KHz時(shí)鐘與卡進(jìn)行通信，但最終它會(huì)在傳輸過(guò)程中最大提高時(shí)鐘速度，效率。

因?yàn)樵诔跏蓟?，主機(jī)不知道它是SD卡還是MMC卡。

默認(rèn)情況下，MMC卡在初始化期間默認(rèn)工作在漏極開(kāi)路模式(100-400KHz)，而SD卡工作在推挽模式(0-25Mhz)。

因此，最初，主機(jī)使用400KHz來(lái)保持與漏極開(kāi)路和推挽模式的兼容性。

硬件設(shè)計(jì)

SDIO

這是從SD/MMC外設(shè)到SD卡插槽的4 Bit連接的示例。

使用Data[3..0]，CLK和CMD信號(hào)。

SD卡插槽暴露在外部環(huán)境中。即使未與任何其他設(shè)備連接，它也可能會(huì)受到人體中積累的靜電電荷的影響，而當(dāng)手指觸摸該靜電時(shí)，靜電會(huì)釋放到屏蔽中。

為了符合EMC規(guī)范，必須進(jìn)行一些常規(guī)預(yù)防措施，以過(guò)濾和避免傳導(dǎo)輻射。此外，SD卡規(guī)范還規(guī)定了上拉電阻和串聯(lián)阻抗匹配電阻。

幸運(yùn)的是，當(dāng)SD在移動(dòng)設(shè)備中如此普遍地傳播時(shí)，已經(jīng)有集成方案，它可以一次實(shí)現(xiàn)所有這些功能。

CM1624是EMI濾波器和線(xiàn)路終端設(shè)備的組合，帶有集成的TVS二極管，可用于T-Flash / MicroSD接口。

SPI

下面在SPI模式下使用的SD卡的示例，根據(jù)SD Association的規(guī)范連接了MISO，MOSI，CLK和CS信號(hào)。

我們只需要在時(shí)鐘線(xiàn)上應(yīng)用濾波器以在非常惡劣的環(huán)境中改善EMC。

在SDIO模式或者SPI模式下，磁道都以高數(shù)據(jù)速率傳輸數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)。

為了避免信號(hào)出現(xiàn)毛刺，必須考慮信號(hào)傳播時(shí)間，以確保所有數(shù)據(jù)在時(shí)鐘觸發(fā)讀取或?qū)懭氲牟僮髦?，接口處穩(wěn)定。

所有數(shù)據(jù)信號(hào)的路徑長(zhǎng)度必須在十分之幾毫米的長(zhǎng)度內(nèi)匹配，并且時(shí)鐘長(zhǎng)度必須長(zhǎng)約1毫米。

為避免串?dāng)_，這些走線(xiàn)必須在其周?chē)拖路奖３至己玫慕拥仄矫?，并且還應(yīng)通過(guò)足夠數(shù)量的通孔連接各層。

總結(jié)

本文簡(jiǎn)單介紹了SD卡的分類(lèi)以及常見(jiàn)屬性，另外還簡(jiǎn)單介紹了SD卡的協(xié)議，在硬件設(shè)計(jì)上給出了SPI總線(xiàn)和SDIO總線(xiàn)的示例電路，篇幅有限，軟件部分暫時(shí)沒(méi)有進(jìn)行展開(kāi)介紹;

由于作者能力和水平有限，文中難免存在錯(cuò)誤和紕漏，請(qǐng)不吝賜教。

參考《Secure Digital Input/Output (SDIO) Card Specification》