SD操作学习笔记文档格式.docx
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和擦除命令相关，由几个块组成。
Sector的大小对每个设备是固定的，
大小信息存储在CSD寄存器。
WPGroup:
写保护单位。
大小包括几个group，写保护由一位决定，对每个
设备大小是固定的，存储在CSD寄存器。
3.5读写操作
SingleBlockMode:
主机根据事先定义的长度读写一个数据块。
由发送模块产
生一个16位的CRC校验码，接受端根据校验码进行检验。
读操作的块长度受设
备sector大小（512bytes）的限制，但是可以最小为一个字节。
不对齐的访问是不
允许的，每个数据块必须位于单个物理sector内。
写操作的大小必须为sector大
小，起始地址必须与sector边界对齐。
MultipleBlockMode:
主机可以读写多个数据块（相同长度），根据命令中的
地址读取或写入连续的内存地址。
操作通过一个停止传输命令结束。
写操作必须
地址对齐。
3.6数据传输速率
SD卡可以通过单数据线（DAT0）或四根数据线（DAT0-DAT3）进行数据
传输。
单根数据线传输最大传输速率为25Mbit/s，四根数据线最大传输速率为
100Mbit/s。
3.7数据保护
每个sector的数据通过ErrorCorrectionCode（ECC）进行保护。
在写sector时
生成ECC，在读sector时检验ECC。
如果发现错误，在传输前进行纠正。
3.8数据擦除
SD卡数据擦除的最小单位是sector。
为了加速擦除操作，多个sector可以同
时擦除。
为了方便选择，第一个指令包含起始地址，第二个指令包含结束地址，
在地址范围内的所有sector将被擦除。
3.9写保护
两种写保护方式可供选择，永久保护和临时保护，两种方式都可以通过
PROGRAM_CSD指令进行设置。
永久保护位一旦设置将无法清除。
3.10拷贝位
通过CSD寄存器中的拷贝位（copybit）设置SD卡中的数据是原始数据还是拷
贝数据。
拷贝位一旦设置，将无法清除，在测试和格式化时使用。
3.11CSD寄存器
所有SD卡的配置信息存储在CSD寄存器。
通过SEND_CSD读取，PROGRAM_CSD
修改。
4SPI模式二、SD卡接口描述1引脚和寄存器
主机通过9个引脚和SD卡相连
1.1SD模式引脚
扩展数据线（DAT1-DAT3）上电后为输入，SET_BUS_WIDTH命令执行后作
为数据线。
即使只有DAT0使用，所有数据线都和外部上拉电阻连接，否则DAT1
&
DAT2（如果未被使用）的振荡输入将引起非期望的高电流损耗。
上电后，数据线输入50K（+/-20K）欧姆的上拉（用来进行卡侦测和SPI模式
选择）。
用户可以在常规数据传输时，通过SET_CLR_CARD_DETECT（ACMD42）
命令分离上拉。
1.2SPI模式引脚
1.3寄存器
名称
CID
RCA
CSD
SCR
OCR
宽度
128
16
64
32
描述
卡标识号
相对卡地址（Relativecardaddress）:
本地系统中卡的地
址，动态变化，在主机初始化的时候确定
*SPI模式中没有
卡描述数据:
卡操作条件相关的信息数据
SD配置寄存器:
SD卡特定信息数据
操作条件寄存器
主机通过重新上电来重置（reset）卡。
卡有它自身检测上电的电路，当上电后卡
状态切换到idle状态。
也可以通过GO_IDLE（CMD0）指令来重置。
2SD卡总线拓扑
SD总线有6根通信线和三根电源供应线：
CMD——命令线是双向信号线。
主机和卡通过pushpull模式工作。
DAT0-3——数据线是双向信号线。
CLK——时钟是从主机到卡的信号。
CLK通过pushpull模式操作。
VDD—VDD是所有卡的电源供应线。
VSS[1:
2]—VSS是2根地线。
在初始化的时候，向每个卡分别发送命令，允许应用检测卡并给物理槽
（physicalslot）分配逻辑地址。
数据通常分别传输给每个卡。
然后，为了方便处
理卡堆栈，初始化后所有命令同时发送给所有卡，在命令数据包中包含了操作地
址。
SD总线允许动态配置数据线数目。
上电后默认SD卡只用DAT0作为数据
传输线。
初始化后，主机可以改变总线宽度。
这个特性使得在硬件开销和系统性
能间取得平衡。
3SPI总线拓扑4电气接口4.1上电
上电后，包括热插入，卡进入idle状态。
在该状态SD卡忽略所有总线操作
直到接收到ACMD41命令。
ACMD41命令是一个特殊的同步命令，用来协商操
作电压范围，并轮询所有的卡。
除了操作电压信息，ACMD41的响应还包括一
个忙标志，表明卡还在power-up过程工作，还没有准备好识别操作，即告诉主
机卡还没有就绪。
主机等待（继续轮询）直到忙标志清除。
单个卡的最大上电时间
不能操作1秒。
上电后，主机开始时钟并在CMD线上发送初始化序列，初始化序列由连续
的逻辑“1”组成。
序列长度为最大1毫秒，74个时钟或supply-ramp-up时间。
额外的10个时钟（64个时钟后卡已准备就绪）用来实现同步。
每个总线控制器必须能执行ACMD41和CMD1。
CMD1要求MMC卡发送
操作条件。
在任何情况下，ACMD41或CMD1必须通过各自的CMD线分别发
送给每个卡。
5寄存器5.1OCR（OperatingConditionsRegister）
32位的操作条件寄存器存储了VDD电压范围。
SD卡操作电压范围为2~3.6V。
然而从内存中访问数据的电压是2.7~3.6V。
OCR显示了卡数据访问电压范围，
结构如下表所示。
表3-8OCR寄存器定义
OCR位
VDD电压范围
0-3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
17
18
19
20
21
22
23
24-30
31
保留
1.6~1.7
1.7~1.8
1.8~1.9
1.9~2.0
2.0~2.1
2.1~2.2
2.2~2.3
2.3~2.4
2.4~2.5
2.5~2.6
2.6~2.7
2.7~1.8
2.8~2.9
2.9~3.0
3.0~3.1
3.1~3.2
3.2~3.3
3.3~3.4
3.4~3.5
3.5~3.6
卡上电状态位（忙）
OCR结构如下图所示。
如果第32位（busybit）置位，表明卡上电过程已结
束。
5.2CID（CardIdentification）
CID寄存器长度为16个字节的卡唯一标识号，该号在卡生产厂家编程后无
法修改。
SD和MMC卡的CID寄存器结构不一样。
类型宽
度
CID位内容
CID值
厂商ID
Binar
y
8[127:
0]
SD卡协会管理和分配
0x03
OEM/Applicati
onID（OID）
ASCI
I
1
[119:
4]
识别卡的OEM或卡内容，
由制造商分配
0x53,0x44
产品名（PNM）ASCI
[103:
64]5个ASCII字符
SD128
产品版本
（PRV）
BCD8[65:
56]2个二进制编码的十进制数产品版本
（30）1
序列号（PSN）
3
2
[55:
24]32位无符号整数
产品序列
号
生成日期
（MDT）
CRC7校验和
4[23:
20]
BCD1[19:
8]
yym（从2000年的偏移量）如:
Apr
2001=0x0
CRCCalculation:
G（x）=x7+3+1
（CRC）
未用
Binar7[7:
1]
1[0:
M（x）=（MID-MSB）*x119+...+（CIN-LS
B）*x0
CRC[6...0]=Remainder[（M（x）*x7）/G（x）
]
CRC7
1、格式为“n.m”，如“6.2”表示为01100010
5.3CSD（CardSpecificData）
CSD寄存器包含访问卡数据所需的配置信息。
SD卡和MMC卡的CSD不同。
6数据交互格式和卡容量
通常，SD卡分为2个区：
用户区—用户通过读写命令存储安全和非安全数据。
安全保护区（SecurityProtectedArea）—版权保护应用程序用来保存安全相
关数据，通过SD安全规范中定义的条件验证后，由主机使用安全的读写指
令完成操作。
安全保护区的大小大概是总大小的1%。
三、SD卡协议1SD总线协议
SD总线通信是基于命令和数据位流方式的，由一个起始位开始，以一个停
止位结束：
命令——命令是开始开始操作的标记。
命令从主机发送一个卡（寻址命令）
或所有连接的卡（广播命令）。
命令在CMD线上串行传送。
响应——响应是从寻址卡或所有连接的卡（同步）发送给主机用来响应接受
到的命令的标记。
数据——数据可以通过数据线在卡和主机间双向传送。
卡寻址通过会话地址方式实现，地址在初始化的时候分配给卡。
SD总线上
的基本操作是command/response。
数据传送采用块方式，数据块后接CRC校验位，操作包括单数据块和多数据
块。
多数据块更适合快速写操作，多数据块传输当在CMD线出现停止命令时结束。
数据传输可以在主机端设置采用单数据线或多数据线方式。
块写操作在DAT0数据线写操作期间使用忙信号，无论用来传输的信号线数
目是多少。
命令格式如下所示：
响应标记（token）根据内容不同具有四种格式，标记长度。
长度为48位或
136位。
数据块的CRC算法采用16位的CCITT多项式。
在命令行中，MSB位首先传送，LSB位最后传送。
当使用宽总线模式时，数据同时在4根数据线上传输。
开始位、结束位和
CRC在每根数据线上传送。
CRC对每根数据线单独计算。
CRC状态响应和Busy信
号只通过DAT0由卡发送给主机。
2协议功能描述
所有主机和SD卡间的通信由主机控制。
主机发送下述两类命令：
广播命令——广播命令发送给所有SD卡，有些命令需要响应。
寻址点对）命令——寻址命令只发送给具有相应地址的卡，并
需要从卡返回一个响应。
对卡而言也有两类操作：
卡识别模式——在重置（reset）后当主机查找总线上的新卡时，处
于卡识别模式。
重置后SD卡将始终处于该模式，直到收到
SEND_RCA命令（CMD3）。
数据传输模式——一旦卡的REC发布后，将进入数据传输模式。
主机一旦识别了所有总线上的卡后，将进入数据传输模式。
操作模式与卡状态关系：
3卡识别模式
在卡识别模式，主机重置所有处于卡识别模式的SD卡，检验操作电压范围，
识别卡并请求卡发送相对卡地址RCA。
操作对每个卡在各自的CMD线上单独进
行，所有的数据传送只使用CMD线。
3.1重置
GO_IDLE_STATE（CMD0）是软件重置命令，设置每个SD卡进入Idle状态。
处于Inactive状态的卡不受此命令影响。
主机上电后，所有SD卡进入Idle状态，包括处于Inactive状态的卡。
至少
74个时钟周期后才能开始总线传输。
上电或CMD0（重置）后，所有SD卡的命令线处于输入模式，等待下一个命
令的起始位。
卡通过一个默认的相对卡地址RCA（RCA=0x0000）和默认驱动寄
存器设置（最低速，最高驱动电流）初始化。
3.2操作电压范围验证
SD的物理规范标准要求所有SD卡能通过最小和最大供电电压间的任何电
压和主机建立通信。
然而，数据传输时的最小和最大电压值在操作条件寄存器
OCR中定义，可能并不能覆盖所有的电压范围。
SD卡主机希望通过读取卡的
OCR寄存器获取合适的电压值或弹出卡。
SD卡
3.3卡识别过程
在识别时钟速率fOD下主机开始卡识别过程。
SD卡的CMD线输出驱动是
push-pull驱动。
总线激活后，主机要求卡发送它们的有效操作条件（ACMD41precedingwith
APP_CMD—CMD55withRCA=0x0000）。
ACMD41命令的响应是卡的操作条件
寄存器。
相同的命令将发送给系统中所有的卡。
不兼容的卡将进入Inactive状态。
主机然后发送命令ALL_SEND_CID（CMD2）到每个卡以获取每个卡的唯一标
识CID号。
未识别的卡通过CMD线发送CID号作为响应。
当卡发送CID号后，
进入识别状态（IdentificationState）。
此后，主机发送CMD3
（SEND_RELATIVE_ADDR）要求卡发布一个新的相对卡地址RCA，地址比CID
短，在以后的数据传输模式中用来寻址卡。
一旦获得RCA后，卡状态变成就绪
状态（Stand-bystate）。
此时，如果主机要求卡换成其他的RCA号，可以通过
发送另一个SEND_RELATIVE_ADDR命令给卡，要求发布一个新的RCA，最
后发布的RCA是实际使用的RCA。
主机对系统中的每个卡重复识别过程。
所有的SD卡初始化完以后，系统将开始初始化MMC卡（如果有的话），
使用MMC卡的CMD2和CMD3。
4数据传输模式
直到主机知道所有CSD寄存器的内容，fpp时钟速率必须保持在fOD,因为
一些卡有操作频率限制。
主机发送SEND_CSD（CMD9）获取卡定义数据（Card
SpecificData，CSD寄存器），如块大小、卡存储容量、最大时钟速率等。
CMD7用来选择一个卡并将它置于传输状态（Transferstate），在任何时间
只能有一个卡处于传输状态。
如果已有一个卡处于传输状态，它和主机的连接将
释放，并返回到Stand-by状态。
当CMD7以保留相对地址“0x0000”发送时，
所有卡将返回到Stand-by状态。
这可以用来识别新的卡而不重置其他已注册的
卡。
在这种状态下已有一个RCA地址的卡不响应识别命令
（ACMD41,CMD2,CMD3）。
注意：
当卡接收到一个带有不匹配RCA的CMD7时，卡将取消选中。
在公
用CMD线时，选中一个卡时将自动不选中其他卡。
因此，在SD卡系统中，主
机具有如下功能：
初始化完成后，在公用CMD线时，不选中卡是自动完成的。
如果使用单独的CMD线，需要关注不选中卡的操作
在主机和选择的SD卡之间的所有数据通信是点对点的方式。
所有寻址命令
都需要响应。
不同数据传输模式的关系如图4-8所示，使用如下步骤：
所有读数据命令可以在任何时候通过停止命令（stopcommand,CMD12）
中止。
数据传输将中止，卡回到传输状态（TransferState）。
读命令有：
块读命令（CMD17），多块读命令（CMD18），发送读保护（CMD30），
发送scr（ACMD51），以及读模式的通用命令（CMD56）。
所有写数据命令可以在任何时候通过停止命令（stopcommand,CMD12）
在不选中卡命令CMD7前写命令必须停止。
写命令有：
块写命令
（CMD24andCMD25）,写CID（CMD26）,写CSD（CMD27）,lock/unlock
命令（CMD42）以及写模式通用命令（CMD56）。
一旦数据传输完成，卡将退出数据写状态并进入ProgrammingState（传
输成功）或TransferState（传输失败）。
如果一个快写操作停止，而且最后一块块长度和CRC是有效的，那么
数据可以被操作（programmed）。
卡可能提供块写缓冲。
这意味着在前一块数据被操作时，下一块数据可
以传送给卡。
如果所有卡写缓冲已满，只要卡在ProgrammingState，
DAT0将保持低电平（BUSY）。
写CSD、CID、写保护和擦除时没有缓冲。
这表明在卡因这些命令而处
于忙时，不再接收其他数据传输命令。
在卡忙时DAT0保持低电平，并
处于ProgrammingState。
实际上如果CMD和DAT0线分离，而且主机
占有的忙DAT0线和其他DAT0线分开，那么在卡忙时，主机可以访问
其他卡。
在卡被编程（programming）时，禁止参数设置命令。
参数设置命令包
括：
设置块长度（CMD16），擦除块开始（CMD32）和擦除块结束（CMD33）。
卡在操作时不允许读命令。
使用CMD7指令把另一个卡从Stand-by状态转移到Transfer状态不会
中止擦除和编程（programming）操作。
卡将切换到Disconnect状态并
释放DAT线。
使用CMD7指令可以不选中处于Disconnect状态的卡。
卡将进入
Programming状态，重新激活忙指示。
使用CMD0或CMD15重置卡将中止所有挂起和活动的编程
（programming）操作。
这可能会破坏卡上的数据内容，需要主机保证
避免这样的操作。
4.1宽总线选择/不选择
宽总线（4位总线宽度）操作模式通过ACMD6选择和不选择。
在上电后或
GO_IDLE（CMD0）命令后默认的总线宽度是1位。
ACMD6命令只在“transtate”
有效，即只有在卡选中后（CMD7）总线宽度才能修改。
4.2读数据格式
DAT总线在没有数据传输时处于高电平。
一个传输数据块包含一个起始位
（LOW），接着连续的数据流。
数据流包含有效数据（如果使用了ECC了还包
括错误纠正位）。
数据流以一个结束位（HIGH）结束。
数据传输和时钟信号同
步。
以块传输的有效数据包含CRC校验和。
产生多项式是标准CCITT多项式。
采用了缩短的BCH码，d=4，有效数据长度最长为2048字节。
CRC校验和
对每个DAT线单独计算并附加在每个数据块后。
在宽总线模式操作
（DAT0-DAT3）中，16位的CRC校验对每个DAT分别计算。
数据块读
传输的基本单位是数据块，最大尺寸在CSD中定义（READ_BL_LEN）。
开始和结束地址完全包含在一个物理数据快（如READ_BL_LEN定义）中的较
小的块也可以传递。
CRC附加在每个数据块的尾部用来保证数据传输的完整性。
CMD17（READ_SINGLE_BLOCK）开始一个块读操作，然后传输完成后进入
Transfer状态。
CMD18（READ_MULTIPLE_BLOCK）开始连续的块传输，直到停
止命令。
停止命令有一个执行延迟。
在停止命令最后一位发送完以后数据传输停
止。
如果主机使用累计长度不是块对齐的部分块，在第一个不对齐块的开始，卡
会发现一个块未对齐错误，在状态寄存器中设置ADDRESS_ERR错误，中止传
输并等待（在Data状态）停止命令。
4.3数据写格式
数据写传输格式类似于读格式。
对于以块为单位的写数据传输，CRC检验
位附加到每个数据块。
卡的每根数据线在接收到数据并在写操作前，执行CRC
校验。
数据块写
数据块写（CMD24-27,42,56（W））,一个或多个数据块从主机发送给卡，主机
在每个数据块后附加CRC校验。
数据块长度WRITE_BL_L
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