3、SD卡協(xié)議

1.x:小于2GB的卡（但通過相關(guān)的軟件，可以模擬實(shí)現(xiàn)大于2GB）

2.0: 2<SD卡<32 GB

3.0: >32GB

4、SD卡通信接口

SD卡有9個(gè)pin：1個(gè)VDD,2個(gè)VSS(GND)，CLK,CMD,DATA0-DATA3, 【DATA3可以作為卡檢測腳】

SD卡可以使用SD總線接口，也可以使用SPI通信接口；

SD總線接口描述：

CMD：Command is a bi-directional signal. (Host and card drivers are operating in push pull mode.) 【命令與響應(yīng)都是走這條線】

DAT0-3：Data lines are bi-directional signals. (Host and card drivers are operating in push pull mode.) 【真正的數(shù)據(jù)走這幾條線，數(shù)據(jù)位是可以配置：1~4】

CLK：Clock is a host to cards signal. (CLK operates in push pull mode.) 

VDD：VDD is the power supply line for all cards. 

VSS[1:2]：VSS are two ground lines. 

SPI接口描述：

CS:Host to card Chip Select signal.

CLK:Host to card clock signal. 

DataIn:Host to card data signal. 

DataOut:Card to host data signal. 

5、SD卡內(nèi)部結(jié)構(gòu)

The host may reset the cards by switching the power supply off and on again. The card has its own power-on detection circuitry which puts the card into an idle state after the power-on. The card can also be reset by sending the GO_IDLE (CMD0) command.

 

5、SD卡上電過程

上電初始化需要1ms或者74 CLOCK(SD卡的clock,400KHZ)兩者大致，SD卡的電壓上到2.0V，SD卡開始工作，此時(shí)支持的命令非常有限（其中最主要支持ACMD41命令，sd host問卡的操作電壓時(shí)多少？ 卡就會(huì)從它的OCR寄存器里面讀出SD卡出廠就燒錄在里面的卡的操作電壓值返回給sd host），當(dāng)電壓調(diào)整到它要求的VDD時(shí)候（SD卡的工作電壓在2.7~3.6V,常見3.3V），同時(shí)SD的CLK從400KHZ調(diào)整到更高頻率（比如25MHZ），這時(shí)卡就完全正常的工作了。接下來可以去獲取卡的生產(chǎn)廠家，容量等信息。

6、SD卡的命令和響應(yīng)以及數(shù)據(jù)傳送的格式

MMC/SD通過發(fā)命令的方式來實(shí)現(xiàn)卡的初始化和數(shù)據(jù)訪問

卡尋址通過會(huì)話地址方式實(shí)現(xiàn)，地址在初始化的時(shí)候分配給卡。SD 總線上

的基本操作是command/response。 

數(shù)據(jù)傳送采用塊方式，數(shù)據(jù)塊后接CRC 校驗(yàn)位，操作包括單數(shù)據(jù)塊和多數(shù)據(jù)

塊。多數(shù)據(jù)塊更適合快速寫操作，多數(shù)據(jù)塊傳輸當(dāng)在 CMD 線出現(xiàn)停止命令時(shí)結(jié)束。

數(shù)據(jù)傳輸可以在主機(jī)端設(shè)置采用單數(shù)據(jù)線或多數(shù)據(jù)線方式。 

塊寫操作在DAT0 數(shù)據(jù)線寫操作期間使用忙信號，無論用來傳輸?shù)男盘柧�數(shù)

目是多少。

命令：通過CMD線

 

響應(yīng)：通過CMD線

數(shù)據(jù)：通過4條數(shù)據(jù)線

最多支持64個(gè)命令： CMD0~CMD63,(其中CMD57~63是保留的)
ACMD: Application Sepcific command:
ACMD41 =cmd55 + cmd41,組合命令，CMD55是前導(dǎo)命令，提醒卡后面的CMD41是一個(gè)特殊的命令
命令的類型

廣播命令（bc,bcr）——廣播命令發(fā)送給所有SD卡，有些命令需要響應(yīng)。 

尋址（點(diǎn)對點(diǎn)）命令

（ac,adtc）

——

尋址命令只發(fā)送給具有相應(yīng)地址的卡，并

需要從卡返回一個(gè)響應(yīng)。

Broadcast Commands ( bc), no response

The broadcast feature is applicable only if all the CMD linesare connected together in the host. If they are separated then each card will accept it separately on histurn.

Broadcast Commands with Response (bcr )

response from all cards simultaneously. Since there is no Open Drain mode in SD Card, this type of command is used only if all the CMD lines are separated.The command will be accepted and responded to by every card separately.

Addressed (point-to-point) Commands (ac )

no data transfer on DAT.

Addressed (point-to-point) Data Transfer Commands (adtc)

data transfer on DAT.

響應(yīng)：
R1 (standard response): response length 48 bit
R1b is identical to R1 with an optional busy signal transmitted on the data line
R2 (CID, CSD register): response length 136 bits. The content of the CID register is sent as a response to CMD2 and CMD10. The content of the CSD register is sentas a response to CMD9.
R3 (OCR register): response length 48 bits. The contents of the OCR register are sent as a response to ACMD41.
R4~R5： responses are not supported.
R6：(Published RCA response): code length 48-bit, response to CMD3

7、SD卡的狀態(tài)

 

8、SD卡的操作模式

對卡而言也有兩類操作：

卡識別模式——在重置（reset）后當(dāng)主機(jī)查找總線上的新卡時(shí)，處

于卡識別模式。重置后SD卡將始終處于該模式，直到收到

SEND_RCA命令（CMD3）。 

數(shù)據(jù)傳輸模式——一旦卡的REC發(fā)布后，將進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸模式。主機(jī)一旦識別了所有總線上的卡后，將進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸模式。 

卡識別模式

   GO_IDLE_STATE(CMD0)是軟件重置命令，設(shè)置每個(gè)SD卡進(jìn)入Idle狀態(tài)。處于Inactive狀態(tài)的卡不受此命令影響。主機(jī)上電后，所有SD卡進(jìn)入Idle狀態(tài)，包括處于Inactive狀態(tài)的卡。至少74個(gè)時(shí)鐘周期后才能開始總線傳輸。上電或CMD0(重置)后，所有SD卡的命令線處于輸入模式，等待下一個(gè)命令的起始位。卡通過一個(gè)默認(rèn)的相對卡地址RCA（RCA=0x0000）和默認(rèn)驅(qū)動(dòng)寄存器設(shè)置（最低速，最高驅(qū)動(dòng)電流）初始化。

   SD的物理規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求所有SD卡能通過最小和最大供電電壓間的任何電壓和主機(jī)建立通信。然而，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的最小和最大電壓值在操作條件寄存器OCR中定義，可能并不能覆蓋所有的電壓范圍。SD卡主機(jī)希望通過讀取卡的OCR寄存器獲取合適的電壓值或彈出卡。

    在識別時(shí)鐘速率fOD下主機(jī)開始卡識別過程。SD卡的CMD線輸出驅(qū)動(dòng)是push-pull驅(qū)動(dòng)。 總線激活后，主機(jī)要求卡發(fā)送它們的有效操作條件（ACMD41 preceding with APP_CMD—CMD55 with RCA=0x0000）。ACMD41命令的響應(yīng)是卡的操作條件寄存器。相同的命令將發(fā)送給系統(tǒng)中所有的卡。不兼容的卡將進(jìn)入Inactive狀態(tài)。主機(jī)然后發(fā)送命令A(yù)LL_SEND_CID（CMD2）到每個(gè)卡以獲取每個(gè)卡的唯一標(biāo)識CID號。未識別的卡通過CMD線發(fā)送CID號作為響應(yīng)。當(dāng)卡發(fā)送CID號后，進(jìn)入識別狀態(tài)（Identification State）。此后，主機(jī)發(fā)送CMD3（SEND_RELATIVE_ADDR）要求卡發(fā)布一個(gè)新的相對卡地址RCA，地址比CID短，在以后的數(shù)據(jù)傳輸模式中用來尋址卡。一旦獲得RCA后，卡狀態(tài)變成就緒狀態(tài)（Stand-by state）。此時(shí)，如果主機(jī)要求卡換成其他的RCA號，可以通過發(fā)送另一個(gè)SEND_RELATIVE_ADDR命令給卡，要求發(fā)布一個(gè)新的RCA，最后發(fā)布的RCA是實(shí)際使用的RCA。主機(jī)對系統(tǒng)中的每個(gè)卡重復(fù)識別過程。 所有的SD卡初始化完以后，系統(tǒng)將開始初始化MMC卡（如果有的話），使用MMC卡的CMD2和CMD3。

                                     數(shù)據(jù)傳輸模式

   直到主機(jī)知道所有CSD寄存器的內(nèi)容，fpp 時(shí)鐘速率必須保持在fOD,因?yàn)?/span>

一些卡有操作頻率限制。主機(jī)發(fā)送SEND_CSD（CMD9）獲取卡定義數(shù)據(jù)（Card 

Specific Data，CSD寄存器），如塊大小、卡存儲(chǔ)容量、最大時(shí)鐘速率等。 

    CMD7用來選擇一個(gè)卡并將它置于傳輸狀態(tài)（Transfer state），在任何時(shí)間只能有一個(gè)卡處于傳輸狀態(tài)。如果已有一個(gè)卡處于傳輸狀態(tài)，它和主機(jī)的連接將釋放，并返回到Stand-by狀態(tài)。

    當(dāng)CMD7以保留相對地址“0x0000”發(fā)送時(shí)，所有卡將返回到Stand-by狀態(tài)。這可以用來識別新的卡而不重置其他已注冊的卡。在這種狀態(tài)下已有一個(gè)RCA地址的卡不響應(yīng)識別命令（ACMD41,CMD2,CMD3）。 

   注意：當(dāng)卡接收到一個(gè)帶有不匹配RCA的CMD7時(shí)，卡將取消選中。在公用CMD線時(shí)，選中一個(gè)卡時(shí)將自動(dòng)不選中其他卡。

   因此，在SD卡系統(tǒng)中，主機(jī)具有如下功能：

        初始化完成后，在公用CMD線時(shí)，不選中卡是自動(dòng)完成的。

        如果使用單獨(dú)的CMD線，需要關(guān)注不選中卡的操作

   在主機(jī)和選擇的SD卡之間的所有數(shù)據(jù)通信是點(diǎn)對點(diǎn)的方式。所有尋址命令都需要響應(yīng)。 

   不同數(shù)據(jù)傳輸模式的關(guān)系如圖4-8所示，使用如下步驟： 

   所有讀數(shù)據(jù)命令可以在任何時(shí)候通過停止命令（stop command,CMD12）中止。數(shù)據(jù)傳輸將中止，卡回到傳輸狀態(tài)（Transfer State）。讀命令有：塊讀命令（CMD17），多塊讀命令（CMD18），發(fā)送讀保護(hù)（CMD30），

發(fā)送scr(ACMD51)，以及讀模式的通用命令(CMD56)。 

   所有寫數(shù)據(jù)命令可以在任何時(shí)候通過停止命令（stop command,CMD12）中止。在不選中卡命令CMD7前寫命令必須停止。寫命令有：塊寫命令 (CMD24 and CMD25),  寫CID (CMD26), 寫CSD(CMD27), lock/unlock 

命令(CMD42) 以及寫模式通用命令(CMD56)。 

   一旦數(shù)據(jù)傳輸完成，卡將退出數(shù)據(jù)寫狀態(tài)并進(jìn)入Programming State(傳輸成功)或Transfer State（傳輸失敗）。 

   如果一個(gè)快寫操作停止，而且最后一塊塊長度和CRC是有效的，那么數(shù)據(jù)可以被操作（programmed）。 

   卡可能提供塊寫緩沖。這意味著在前一塊數(shù)據(jù)被操作時(shí)，下一塊數(shù)據(jù)可以傳送給卡。如果所有卡寫緩沖已滿，只要卡在Programming State，DAT0將保持低電平（BUSY）。 

   寫CSD、CID、寫保護(hù)和擦除時(shí)沒有緩沖。這表明在卡因這些命令而處于忙時(shí)，不再接收其他數(shù)據(jù)傳輸命令。在卡忙時(shí)DAT0保持低電平，并處于Programming State。實(shí)際上如果CMD和DAT0線分離，而且主機(jī)占有的忙DAT0線和其他DAT0線分開，那么在卡忙時(shí)，主機(jī)可以訪問其他卡。 

   在卡被編程（programming）時(shí)，禁止參數(shù)設(shè)置命令。參數(shù)設(shè)置命令包括：設(shè)置塊長度（CMD16），擦除塊開始(CMD32)和擦除塊結(jié)束（CMD33）。 

   卡在操作時(shí)不允許讀命令。 

   使用CMD7指令把另一個(gè)卡從Stand-by狀態(tài)轉(zhuǎn)移到Transfer狀態(tài)不會(huì)中止擦除和編程（programming）操作。卡將切換到Disconnect狀態(tài)并釋放DAT線。 

   使用CMD7指令可以不選中處于Disconnect狀態(tài)的卡。卡將進(jìn)入Programming狀態(tài)，重新激活忙指示。 

   使用CMD0或CMD15重置卡將中止所有掛起和活動(dòng)的編程（programming）操作。這可能會(huì)破壞卡上的數(shù)據(jù)內(nèi)容，需要主機(jī)保證避免這樣的操作。

9、SD卡是否選擇寬總線選擇

   寬總線（4位總線寬度）操作模式通過ACMD6選擇和不選擇。在上電后或GO_IDLE（CMD0）命令后默認(rèn)的總線寬度是1位。ACMD6命令只在“tran state”有效，即只有在卡選中后（CMD7）總線寬度才能修改。

 

10、SD卡讀數(shù)據(jù)格式

   DAT總線在沒有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)處于高電平。一個(gè)傳輸數(shù)據(jù)塊包含一個(gè)起始位（LOW），接著連續(xù)的數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)流包含有效數(shù)據(jù)（如果使用了ECC了還包括錯(cuò)誤糾正位）。數(shù)據(jù)流以一個(gè)結(jié)束位（HIGH）結(jié)束。數(shù)據(jù)傳輸和時(shí)鐘信號同步。 

  以塊傳輸?shù)挠行��?shù)據(jù)包含CRC校驗(yàn)和。產(chǎn)生多項(xiàng)式是標(biāo)準(zhǔn)CCITT 多項(xiàng)式。 采用了縮短的BCH碼，d=4，有效數(shù)據(jù)長度最長為2048字節(jié)。CRC校驗(yàn)和對每個(gè)DAT線單獨(dú)計(jì)算并附加在每個(gè)數(shù)據(jù)塊后。在寬總線模式操作

（DAT0-DAT3）中，16位的CRC校驗(yàn)對每個(gè)DAT分別計(jì)算。 

  數(shù)據(jù)塊讀： 傳輸?shù)幕�本單位是�?shù)據(jù)塊，最大尺寸在CSD中定義（READ_BL_LEN）。開始和結(jié)束地址完全包含在一個(gè)物理數(shù)據(jù)快（如READ_BL_LEN定義）中的較小的塊也可以傳遞。CRC附加在每個(gè)數(shù)據(jù)塊的尾部用來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾�性�?/span>CMD17（READ_SINGLE_BLOCK）開始一個(gè)塊讀操作，然后傳輸完成后進(jìn)入Transfer狀態(tài)。CMD18(READ_MULTIPLE_BLOCK)開始連續(xù)的塊傳輸，直到停止命令。停止命令有一個(gè)執(zhí)行延遲。在停止命令最后一位發(fā)送完以后數(shù)據(jù)傳輸停止。 如果主機(jī)使用累計(jì)長度不是塊對齊的部分塊，在第一個(gè)不對齊塊的開始，卡會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)塊未對齊錯(cuò)誤，在狀態(tài)寄存器中設(shè)置ADDRESS_ERR錯(cuò)誤，中止傳輸并等待（在Data狀態(tài)）停止命令。

11、SD卡寫數(shù)據(jù)格式

 

數(shù)據(jù)寫傳輸格式類似于讀格式。對于以塊為單位的寫數(shù)據(jù)傳輸，CRC檢驗(yàn)

位附加到每個(gè)數(shù)據(jù)塊。卡的每根數(shù)據(jù)線在接收到數(shù)據(jù)并在寫操作前，執(zhí)行CRC

校驗(yàn)。 

數(shù)據(jù)塊寫 

數(shù)據(jù)塊寫（CMD24-27,42,56(W)）,一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)塊從主機(jī)發(fā)送給卡，主機(jī)

在每個(gè)數(shù)據(jù)塊后附加CRC校驗(yàn)。數(shù)據(jù)塊長度WRITE_BL_LEN（512B）。如果

CRC校驗(yàn)失敗，卡將在DAT數(shù)據(jù)線上指示錯(cuò)誤。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)將被拋棄，而且后

續(xù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊（在多數(shù)據(jù)塊寫模式）也都會(huì)被忽略。 

多數(shù)據(jù)塊寫命令比連續(xù)的單數(shù)據(jù)塊寫命令速度快。不允許部分塊寫（小于

512B）。 

當(dāng)主機(jī)試圖在寫保護(hù)區(qū)域?qū)憯?shù)據(jù)時(shí)寫操作將中止。在這種情況下，卡在狀態(tài)

寄存器設(shè)置WP_VIOLATION位，并忽略所有后續(xù)數(shù)據(jù)傳輸，并在Receive-data

狀態(tài)下等待停止命令。 

對CID和CSD寄存器進(jìn)行編程操作不需要實(shí)現(xiàn)設(shè)置塊長度，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)也

是CRC保護(hù)的。如果CSD或CID寄存器一部分存儲(chǔ)于ROM中，那么不可改變

部分必須和接收緩沖中的相應(yīng)部分內(nèi)容保持一致。如果匹配失敗，卡將報(bào)告一個(gè)

錯(cuò)誤，而且不改變?nèi)魏渭拇嫫鲀?nèi)容。 

接收到一個(gè)數(shù)據(jù)塊并完成CRC校驗(yàn)后，卡將開始寫，如果寫緩沖滿而且不

能從一個(gè)新的WRITE_BLOCK命令接收新數(shù)據(jù)時(shí)，  DAT0 線保持為低電平。任

何時(shí)候主機(jī)都可以通過SEND_STATUS(CMD13)命令獲取卡的狀態(tài)。狀態(tài)位

READY_FOR_DATA指示卡是否可以接收新數(shù)據(jù)或?qū)懖僮鬟�在進(jìn)行中。主機(jī)通

過CMD7（選中另一個(gè)卡）不選中卡，這個(gè)操作可以把卡的狀態(tài)編程Disconnect

并釋放DAT線而不中斷寫操作。當(dāng)不選中卡時(shí)，如果編程還在進(jìn)行而且寫緩沖

不可用時(shí)，將通過下拉DAT為低電平來重新激活忙信號。實(shí)際上，主機(jī)通過

interleaving可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)卡同時(shí)寫操作，interleaving過程可以通過在卡忙時(shí)訪問

其他卡實(shí)現(xiàn)。 

預(yù)擦除設(shè)置優(yōu)先于多數(shù)據(jù)塊寫操作 

設(shè)置多個(gè)寫數(shù)據(jù)塊的預(yù)擦除（ACMD23）可以使得接下來的多個(gè)數(shù)據(jù)塊寫操

作比沒有預(yù)先執(zhí)行ACMD23的相同操作更快。主機(jī)可以通過該命令設(shè)置多少個(gè)

數(shù)據(jù)塊將在接下來的寫操作中發(fā)送。如果在所有數(shù)據(jù)塊發(fā)送給卡時(shí)中止了寫操作

（使用停止傳輸命令），殘余寫數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容(指要寫入新內(nèi)容的數(shù)據(jù)塊？)將變

得不確定（可能已擦除或還是原來的數(shù)據(jù)）。如果主機(jī)發(fā)送了超過ACMD23中

定義的數(shù)據(jù)塊數(shù)目的數(shù)據(jù)，卡將逐個(gè)擦除數(shù)據(jù)塊（在收到新數(shù)據(jù)時(shí)）。多數(shù)據(jù)塊

寫操作完成后值將重新設(shè)置為默認(rèn)值1。 

建議在CMD25命令前使用該命令以加速寫操作。如果需要預(yù)擦除主機(jī)在寫

命令前發(fā)送ACMD23。如果不發(fā)送ACMD23命令，設(shè)置的預(yù)擦除數(shù)將在其他指

令執(zhí)行時(shí)自動(dòng)清除。 

發(fā)送寫數(shù)據(jù)塊數(shù)目 

系統(tǒng)使用管道機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)緩沖管理，有時(shí)候在多數(shù)據(jù)塊寫操作過程中發(fā)生

錯(cuò)誤，使得無法確定哪一個(gè)數(shù)據(jù)塊是最后成功寫入的數(shù)據(jù)塊。卡可以把正常寫入

的數(shù)據(jù)塊數(shù)（the number of well-written blocks）作為對命令A(yù)CMD22的響應(yīng)。 

擦除 

同時(shí)擦除多個(gè)寫數(shù)據(jù)塊可以提高數(shù)據(jù)吞吐量。通過

ERASE_WR_BLK_START(CMD32)和ERASE_WR_BLK_END(CMD33)實(shí)現(xiàn)寫

數(shù)據(jù)塊的識別。 

主機(jī)必須嚴(yán)格按照下列的命令操作順序：ERASE_WR_BLK_START，

RASE_WR_BLK_END，and ERASE (CMD38)。 

如果不按順序接收到擦除指令（CMD38）或地址設(shè)置指令（CMD32,33），

卡將在狀態(tài)寄存器中設(shè)置ERASE_SEQ_ERROR位，并重置整個(gè)順序（sequence）。 

如果接收到一個(gè)不順序的命令（除了SEND_STATUS），卡將在狀態(tài)寄存

器設(shè)置ERASE_RESET狀態(tài)位，重置擦除順序和執(zhí)行最后的命令。 

如果擦除范圍包括寫保護(hù)扇區(qū)，將不被擦除，擦除命令只擦除無保護(hù)的扇區(qū)。

狀態(tài)寄存器的WP_ERASE_SKIP位將設(shè)置。 

地址設(shè)置命令中的地址是以字節(jié)為單位的塊寫地址。卡將忽略所有小于

WRITE_BLK_LEN（CSD）LSB（最低有效位）。 

如上所述的塊寫操作，卡通過保持DAT0為低電平指示擦除操作正在進(jìn)行中。

實(shí)際的擦除操作時(shí)間可能會(huì)很長，主機(jī)可以通過CMD7不選中卡或執(zhí)行卡斷開

操作。 

卡上擦除操作后的數(shù)據(jù)為“0”或“1”，由卡制造商確定。SCR寄存器的

DATA_STAT_AFTER_ERASE(bit55)定義了是“0”或“1”。