sd卡协议分析

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目录

第一章 SD卡系统概念 3

§1.1 SD卡概述 3

§1.2 SD卡的系统特征 3

§1.3 SD卡的系统概念 4

§1.4 SD卡的总线传输 6

§1.5 SD卡的引脚 10

§1.6 SD卡主要寄存器介绍 12

§1.7 SD卡子系统结构 14

第二章 SD卡初始化及状态转换 16

§2.1SD卡状态及初始化过程 16

§2.2SD卡数据传输过程 18

1.SD卡基础

1.SD卡概述

SD卡由日本松下、东芝及美国SanDisk公司于1999年8月共同开发研制，同时三个公司联合成立了SD协会，并制定SD卡相关的协议标准。SD卡协议主要包括物理层协议、SD卡控制器设计手册、SDIO卡手册三部分。

其中SDIO指的是安全数字输入输出卡(Secure Digital Input and Output Card)，是在SD标准上定义了一种外设接口，通过SD的I/O接脚来连接外围设备，并且通过SD上的 I/O数据接位与这些外围设备进行数据传输。相关的一些设备为：GPS、

相机、Wi-Fi、调频广播、条形码读卡器、蓝牙等。SDIO本质上是一种接口，通过该接口可以连接一些其他功能的设备而非仅仅是存储设备。

1.2 SD卡的系统特征（SD物理层协议v

2.0）

∙针对移动和固定应用；

∙存储容量：

标准容量SD存储卡：最高2G

高容量SD存储卡：2G以上(在该规范版本中，最高32G)

∙电压范围：

高电压SD存储卡—操作电压范围：2.7~3.6V

双电压SD存储卡—操作电压范围：低电压范围(T.B.D)和

2.7~

3.6V

∙分为只读卡和读/写卡；

∙默认模式：时钟频率可在0~25MHz间变化，高达12.5MB/s 的接口速度(使用4条并行数据线) ；

∙高速模式：时钟频率可在0~50MHz间变化，高达25MB/s 的接口速度(使用4条并行数据线) ；

∙支持高速，电子商务和将来功能的转换功能命令；

∙存储域错误纠正；

∙读操作期间移去卡，内容不损坏；

∙内容保护机制—符合SDMI标准的最高安全性；

∙卡的密码保护(CMD42 - LOCK_UNLOCK)；

∙机械开关的写保护特性；

∙内嵌的写保护特性(永久或暂时) ；

∙卡检测(插入/移去) ；

∙应用特定命令；

∙舒适的擦除机制

∙通信通道协议属性；

∙SD存储卡外形尺寸：标准尺寸SD存储卡

(32*24*2.1mm) 。

3.SD卡的系统概念

读写属性：按照读写属性定义，有两种类型的SD存储卡：

∙读/写(R/W)卡(Flash, OTP(一次可编程), MTP(多次可编程))。

这些卡通常买来时是空白的，用于大量数据的存储，以及记录用户的音频、视频和图像。

∙只读存储器(ROM)。这些卡生产有固定的数据内容。通常作为软件、音频、视频等的发行媒介。

操作电压范围：按照操作电压定义，有两种类型的SD存储卡：

∙高电压SD存储卡：工作在2.7~3.6V的电压范围内

∙双电压SD存储卡：能够工作在低电压范围(T.B.D)和

2.7~

3.6V的电压范围内

卡容量：按照容量定义，有两种类型的SD存储卡：

∙标准容量SD(SD)存储卡：支持容量高达2GB(231 B)。所有物理层规范都定义了标准容量SD存储卡。

∙高容量SD(SDHC)存储卡：支持容量在2GB以上，该规范版本中将容量限制在32GB。高容量SD存储卡是在V2.00中新定义的。

高容量SD存储卡有两种类型：

∙Type A(单态卡)只有高容量存储区。

∙Type B(双态卡)有高容量存储区和标准容量存储区。在Type B卡中，任何时候，只能有一种存储区能被使用。有一机械开关选择想要的存储区。Type B的细节将在以后的规范中定义。主机可以不必区分高容量SD卡的类型。

只有符合SD存储卡物理层规范V2.00或更高并且符合SD文件系统规范V2.00的主机才能访问高容量SD存储卡。对于SD控制器而言，做到了向低容量的兼容。如图所示：

控制器对SD卡支持情况示意图

1.4 SD卡的总线传输:

SD总线上的通信以一根CMD线和四根Data线为基础。通信的内容包括：命令（主机->SD卡）、反馈（SD卡->主机）、Data。

SD总线通信示意图

命令：命令式操作开始的标志，命令可以发送给总线上所有的SD 卡（广播模式）或者某个特定的SD卡（寻址模式）。命令在CMD 线上传输。

反馈：反馈是SD卡在接收到主机命令后，做出的回应信息，也在CMD线传输。

数据：四根数据总线是双向总线。数据传输数据线上进行，是以块为单位，一次可以传输单个或者多个数据块。传输过程中实际使用的数据线是可配置的，默认只用DAT0。

无响应和无数据操作

卡寻址是使用一个会话地址来实现的，这个地址是在初始化阶段分配给卡的。命令、响应和数据块结构见SD存储卡功能描述。SD总线上的基本操作是命令/响应操作(见上图)。这种总线操作类型直接在命令或响应结构中发送它们的信息。

数据块读操作

数据传输以块为单位，分为单块传输和多块传输。数据块后跟着CRC校验位。多块传输可以更好地实现更快的写操作。当在命令线上发送停止传输命令时候一次多块传输结束。数据传输可使用单数据线或多数据线，由SD主机控制器来进行配置。

数据块写操作

数据块写操作使用一个简单的写操作忙信号。在写操作期间，无论传输数据的数据线条数，该信号只持续在数据线DAT0上。

多数据块写操作可以更好地实现更快的写操作。

其中命令格式如下图所示：

命令标记和格式

命令响应的格式：