SD

SD卡（secure digital card）是SD卡協會開發的低成本，非易失性存儲卡格式（相比較于RAM，SD卡掉電數據不丟失）；

隨著本世紀電子技術的高速發展，對于這種中等型號，節能、節省空間的存儲器設備的需求一直在快速增長；

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

SDXC卡以超高速運行，并以最高30 Mb/s的速度運行；還有視頻速度等級，數據傳輸速率高達90MB/s。

SD卡速度級別

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

SD卡可以是通常具有高達4 GB的存儲容量的標準SD卡，也可以是高達64 GB的高容量卡（SDHC）以及達到TB級的擴展容量（SDXC）。

卡容量

接口

SD卡可以在SD總線模式或SPI總線模式下運行，通常可以使用SDIO總線或者SPI對SD進行驅動；

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

microSD引腳輸出，SD模式

microSD引腳輸出，SPI模式

micro SD的引腳發布如下圖所示；

協議

SD協議中，由于命令數據線和數據線是分開的，因此我們需要關注，命令的傳輸格式，以及數據的傳輸格式；

命令傳輸

命令以48位數據包的形式通過雙向CMD引腳進行傳輸。

這些命令包包括命令索引，變量和CRC位。該命令始終通過主機發送，最終由SD卡接收。

回傳的響應數據包也為48位。

整體命令如下圖所示；

48位的命令格式

每個命令的恒定長度為6個字節。第一個字節是命令編號和數字64的 加法。例如：對于CMD0：命令編號0 + 64 = 64 = 0x40（十六進制）。

對于CMD1：十六進制命令號1 + 64 = 65 = 0x41。

隨后是一組四個字節，稱為參數。

這些參數通常包含數據的地址或塊的長度。

最后一個字節是CRC（循環冗余校驗）字節。

如果未啟用CRC功能，則大多數SPI模式下的命令都不需要校驗字節。

對于某些命令，例如CMD0，CRC為0x95，在大多數情況下，發送的是0xFF。

啟用CRC要求您從微控制器發送正確的校驗字節。因此，請確保啟用或禁用了CRC功能。

發送命令的格式如下所示；

幀格式

R1響應0x01表示在響應之前發送的命令已導致卡進入空閑狀態。響應字節0x00表示命令已被接受，SD卡將等待后續的事件發生。如果設置了R1響應中的任何其他位，則是錯誤的結果，并且將降低到圖中每個R1響應位中提到的因數。

不同類型的響應及其含義如下所示；

響應

數據傳輸

在數據傳輸期間，傳輸的基本單位稱為塊，通常為512字節，并通過所有4個數據引腳進行傳輸。同樣，在每次塊傳輸之后，將發送16位CRC數據。

請注意，SD卡在狀態下運行。每個狀態都有不同的命令集，主機可以通過控件更改狀態。

命令和數據信號通過時鐘信號同步。最初，主機使用400KHz時鐘與卡進行通信，但最終它會在傳輸過程中最大提高時鐘速度，效率。

因為在初始化之前，主機不知道它是SD卡還是MMC卡。

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

因此，最初，主機使用400KHz來保持與漏極開路和推挽模式的兼容性。

硬件設計

SDIO

這是從SD/MMC外設到SD卡插槽的4 Bit連接的示例。

使用Data[3..0]，CLK和CMD信號。

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

為了符合EMC規范，必須進行一些常規預防措施，以過濾和避免傳導輻射。此外，SD卡規范還規定了上拉電阻和串聯阻抗匹配電阻。

幸運的是，當SD在移動設備中如此普遍地傳播時，已經有集成方案，它可以一次實現所有這些功能。

CM1624是EMI濾波器和線路終端設備的組合，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SD Association的規范連接了MISO，MOSI，CLK和CS信號。

我們只需要在時鐘線上應用濾波器以在非常惡劣的環境中改善EMC。

在SDIO模式或者SPI模式下，磁道都以高數據速率傳輸數據和時鐘信號。

為了避免信號出現毛刺，必須考慮信號傳播時間，以確保所有數據在時鐘觸發讀取或寫入的操作之前，接口處穩定。

所有數據信號的路徑長度必須在十分之幾毫米的長度內匹配，并且時鐘長度必須長約1毫米。

為避免串擾，這些走線必須在其周圍和下方保持良好的接地平面，并且還應通過足夠數量的通孔連接各層。

總結

本文簡單介紹了SD卡的分類以及常見屬性，另外還簡單介紹了SD卡的協議，在硬件設計上給出了SPI總線和SDIO總線的示例電路，篇幅有限，軟件部分暫時沒有進行展開介紹；

來源：本文轉自小麥大叔

審核編輯：湯梓紅