多年來，可移動計算機存儲器已經通過許多不同的介質得到了發展。最初的可移動磁盤是磁軟盤，然后是硬磁盤。

　　在20世紀90年代，可移動存儲過渡到光盤介質（后來被DVD超越）。

　　在2000年代，由于閃存技術的進步，基于閃存的可移動存儲開始流行。最初，這主要是在USB拇指驅動器的形式。許多競爭的存儲卡格式也出現了；包括索尼記憶棒、CompactFlash （CF）、xD-Picture卡、東芝SmartMedia和多媒體卡（MMC）；然而，安全數字（SD）卡最終獲得了最大的市場吸引力。

　　SD卡類似于MMC卡（實際上是從MMC卡衍生而來的），但是SD卡略厚（2.1毫米對MMC的1.4毫米），并被開發為添加DRM（數字版權管理）功能以打擊音樂盜版。一般來說，SD卡向后兼容MMC卡，這意味著MMC卡可以在支持SD卡的地方使用（但不一定反過來）。MMC和SD繼續共存，SD更受可移動存儲器的歡迎，MMC（以eMMC的形式）更受嵌入式系統焊接存儲的歡迎。

　　波形因數

　　SD卡有3種外形規格。最初是全尺寸SD，隨后是miniSD和microSD。

　　通信接口

　　SD卡的引腳排列如下：

　　SD卡支持兩種通信協議：SD總線和SPI總線（一些帶有額外引腳的新型卡也支持UHS-II總線和PCIe總線協議，但SD總線和SPI總線是最常見的）。

　　幾乎所有現代微控制器都包括SPI外設，因此SPI是嵌入式開發人員與SD卡通信的常用方式。

　　一些微控制器還包括用于與SD卡通信的SDIO外設。由于SD總線協議一次最多可傳輸4位數據（通過引腳DAT0-DAT3），并且具有獨立的命令（CMD）線路，因此使用SD總線傳輸數據的速度比使用SPI總線（一次只能傳輸1位數據）快4-5倍。SD總線以1位模式啟動，但可以通過發出適當的命令設置為4位模式。

　　默認情況下，卡以SD總線模式（1位）啟動，但可以通過發送特定命令（CMD0）同時保持CS線為低電平來設置為SPI模式。由于SD總線CMD引腳與SPI總線MOSI引腳相同，并且SD總線CLK引腳與SPI總線SCK引腳相同，因此MCU SPI控制器可以用來發出命令。

　　本文不會試圖涵蓋完整的SD卡命令集或通信協議。該規范可從https://www.SDcard.org/downloads/pls/的SD協會獲得（或者有時從sd卡制造商處檢查規范文檔可能更容易），但是大多數開發者將簡單地使用現有的代碼庫，而不是從頭開始編寫他們自己的代碼庫。

　　數據存儲

　　SD卡的讀寫是以塊為單位進行的，通常大小為512字節。文件系統存儲方案，如FAT16或FAT32，通常在卡上實現（作為原始閃存之上的概念層）。文件系統是存儲數據的結構化方法（在文件和目錄中），由主機（微控制器或計算機）上的軟件處理，而不是由SD卡本身處理。同樣，大多數開發人員會選擇簡單地使用現有的文件系統庫，而不是從頭開始編寫自己的文件系統庫。

　　FAT16文件系統更簡單，在2GB或更小的SD卡開始變得稀缺之前一直很流行，因為2GB是FAT16可以處理的最大大小。FAT32可以處理高達16TB的文件系統。隨著2GB或更小的SD卡變得越來越難找到（由于不再生產），許多開發人員被迫將他們的項目從使用FAT16文件系統遷移到使用FAT32。

　　可靠性

　　SD卡在內部使用閃存（有關更多信息，請參見我們關于閃存的專門文章），因此數據是以塊的形式擦除的，通常大小為幾千字節或更大。因此，為了寫入一些新數據，可能需要擦除和重寫整個存儲塊的大部分。因為此操作需要一點時間，所以如果在此過程中斷電，數據可能會丟失，文件系統可能會損壞。此外，FAT庫可以在MCU（微控制器單元）或MPU（微處理器單元）RAM中緩存數據，以便減少閃存中的擦除-寫入操作的數量（減少存儲器的磨損，因為它具有有限數量的可以執行的擦除-寫入周期），并且同樣，如果斷電或系統崩潰，那么數據將會丟失。

　　由于閃存可執行的擦除-寫入周期數量有限，一些SD卡在其內部控制器中包含損耗均衡功能，可自動將擦除-寫入操作平均分配到閃存的整個區域（用戶不可見，因為它會自動將物理內存地址轉換為虛擬內存地址）。

　　工業SD卡可用，提供更高的可靠性和耐用性。這些卡配有實現損耗均衡和ECC（糾錯碼）等功能的控制器，高端卡還使用SLC（單層單元）或pSLC（偽單層單元）閃存技術，而不是MLC（多層單元）技術。MLC是一種在每個存儲單元中存儲多個位的技術——降低了成本，但也降低了可靠性和耐用性。對于遠程和安全關鍵/高可靠性應用，建議使用工業SD卡。

　　電壓水平

　　默認情況下，SD卡的工作電壓為3.3V，因此需要電壓轉換器來連接5V微控制器。SDHC和SDXC卡可以根據命令切換到1.8V操作，這對于高速信號傳輸更好。

　　模擬支持

　　Proteus包括帶SPI接口的MMC/SD卡仿真模型，可以連接到Proteus也支持仿真的各種微控制器。此外，微控制器和MMC/SD卡之間的SPI通信可以使用SPI調試器虛擬儀器進行調試。

　　審核編輯：黃飛