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SanDisk SD card产品手册.docx

SanDisk

card

产品手册

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23页

SD是secure digital的缩写。其实sd card就是一个带sd控制器的nand－flash。 SanDisk用了“mutual anthentication”和“new cipher algorithm”两技术保护卡里的内容(注1，注2)。 SanDisk的卡用了9－pin的接口。clock，command，4xdata 和3xpower。这样的先进设计，可以在低电压中工作

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选择学习 SanDisk 的资料，主要是因为它的行业地位和文档的严谨性。

先看看概述

SD 是 secure digital 的缩写。其实 sd card 就是一个带 sd 控制器的 nand－ash。

SanDisk 用了“mutual anthentication”和“new cipher algorithm”两技术保护卡里的

内容(注 1，注 2)。

SanDisk 的卡用了 9－pin 的接口。clock，command，4xdata 和 3xpower。这样的

先进设计，可以在低电压中工作。

mmc 是被兼容的。sd 和 mmc 的主要区别的是初始化进程。

sd card 的 spec 是松下，富士通和 SanDisk 最先定义的，现在由 SDA 来维护。SanDisk

的 sd 卡是会兼容 sd card physical speci"cation 的。

对于存在的 sd 控制器的兼容性，sandisk 除了 sd 卡接口，还提供了 spi 来作为第二选择。

sd 卡包括了片上智能控制器，可以管理接口的协议，针对版权的安全算法，数据存储和找

回，以及 ECC 算法，defect 处理和诊断，电源管理和时钟控制。

一个简单的 sd card 的 block diagram

&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& __________________________________________

&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& |& _________________& data i/o

&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& |& |&&&&&&&&&&&&&&& |<-----> |

SD Bus/SPI Bus Interface&<-->|sandisk single& |control&|Flash Module

&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& |&&|chip controller |------>&|

&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& |&& ----------------|

&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&------------------------------------------

&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& SanDisk SD Card

特性

支持 SPI

以便携，针对版权保护等安全的固定应用，以及非安全的数据存储为目标。最大支持

50MB/sec,当然这是 04 年的数据了。某些特殊模式支持密码保护。遵守 SDMI 的最高安

全标准。写保护。内嵌永久或暂时的写保护特性。专用命令。易擦除机制。

在民用市场上，感觉没啥特殊的。

全兼容 SD Card Physical Layer System Speci"cation

功能描述

sd 卡有几个别的卡没有的特性

不依赖 host 去擦除，编程 ash

老到的 defect 管理

老到的 ecc

先看独立的 ash 科技，不依赖 host

完全可以把一个 sandisk 的 sd 卡看作一个 ide 的硬盘。主机只要发出一个读写命令给 sd

卡。这个命令那，包括地址。主机的软件会等到命令完成。主机的软件不管怎么去擦除，

编程或者读。为什么啊？ash 将来会变得更加复杂，sd 卡用了智能片上控制器，主机系

统不需要理睬 ash 的进化。或者说，今天的系统以及支持了未来的 sd 卡，未来的卡用来

新的 ash，但是主机的程序不需要改变。

再看 defect 和 error 的管理

老 san 的卡有个老到的 defect 和 error 的管理系统。这个系统就跟在硬盘驱动器中的系

统类似，但是提供了更多加强的功能。

举个例子看看有多老到，卡不会每次都在写后读以确定数据是否写入正确，因为性能可能

会受影响。卡会在空闲的条件下做写后读去验证数据是否正确写入。万一，发现一个 bit

坏了，sd 卡会在同一个 sector 里面替换这个坏 bit，或者那个，直接把整个 sector 都用

spare 的来替换。这对 host 来说完全透明，并且没有耗费任何空间。

sd 卡的软错误几率规格比硬盘的要好。读错误鲜有发生，sd 卡有个创新的算法去恢复数

据。一个类似再次操作的的方法，但是要老到的多。

最后的防线是用 ecc 来纠正数据。如果 ecc 被用来恢复数据，错误 bits 会被空闲 bits 替

换，来保证将来不在同样的地方发生同样的错误。

defect 和 error 的双重机制联合，给了 sd 卡小强般的可靠性。

下面看看版权保护

SD Security Spec 中详细描述了安全命令。所有的 sd 卡安全相关的命令都是通过数据传

输模式工作。

在 SDMI 中，数据内容在卡上已经被加密了，然后传输的时候是透明的。数据上没有操作，

因此可以在任何时候都去读。相关的任何一个数据包，比如一首歌，它那存在未保护的区

域里，有一些特殊的数据是放在保护区域的。

对于一个认证的操作，如果在设备和卡之间发生了操作。如果卡是在安全模式下被操作的，

（认证成功后）那么发送到卡的数据就被加密了。当读写擦完成后，自动会推出安全模式。

擦除限制

其实就是 ash 的限制了，100，000。十万次。虽然看起来不大，但是其实以及超出很

多 sd 卡的应用了。即使高强度应用的手机，个人通讯，录音笔，寻呼机，也只能耗费

ash 的一部分。

举例算术，

3 小时用一次，一天用 8 个小时，一年 365 天。那么 3×8×365＝8760。十年才 8 万多

次。神经病才 10 年用一个电子产品。所以 sd 卡，放心用吧。通常它的容量变化让你更新

的更快。

wear leveling，大名鼎鼎的均衡技术，ssd 中的必备良药

这是一个擦除分担均衡的功能，适用于 nand ash。现有的软件可以通过 nop 来向后兼

容 wear level。

自动睡眠模式

这是老 san 的一个独到功能。如果 5 毫秒内，没有操作，那么卡就觉觉了。卡能自己在睡

与醒中来回。host 不需要干啥，当然为了绿色环保，保卫地球，host 如果把卡的 clock

关了，那就算省到家了。

当需要卡工作的时候，任何一个命令都能把卡弄醒。

热插

类似 pcmcia 和 mmca，支持热插。当然 host 的 power pin 要足够久在连接之前。为啥？

稳定供电是一切时钟等等的前提。

看完了这些，就该 SD 总线模式了

sd 卡标准兼容

卡是兼容 physical layer 这个 1.10 版本。

card speci"c data 寄存器的结构兼容 csd structure1.0

然后是谈判操作条件

支持标准中的操作条件验证序列。

sd 卡 host 要定义一个电压区域，如果 sd 卡不支持，那么就进入非活跃状态，并且忽略任

何 bus 通信。只有断电后再上电才能使卡脱离非活跃状态。

主机也可以发送 GO_INACTIVE_STATE 让卡进入非活跃状态。

再是卡获得和识别

sd 卡总线是一个 master（主机应用）和多个 slave（卡）的总线。

时钟和电源大家都一样。

在识别过程中，host 通过它自己的 cmd 线，进入每个卡。卡的 CID 寄存器被预写入一个

唯一的卡号，这个就在识别中被用到。

host 也可以通过 READ_CID 命令来读取 CID 寄存器。

CID 的值是在 sd 卡测试和格式化的时候在工厂被写入的。ro 寄存器。

一个内部的上拉电阻在 dat3 线上可以被用作卡检查（插入或拔出）。这个电阻在数据传

输的时候被断开。还有一些别的检查方法。

再看看卡的状态

卡状态有两个域

32－bit 的卡状态，被放在 32bits 的状态寄存器里面，它以数据域的方式被传送以相应主

机的命令。这个状态寄存器提供了卡现在的状态，最后完成的 host 的代码，这个寄存器

可以通过 SEND_STATUS 来读取。

512－bit 的卡状态。通过 SD_STATUS 来读取，包含了 BUS_WIDTH，安全相关，未来

专用应用等信息。

下面我们看看比较有意思的存储阵列分区

最小的基本单元是 byte，所有的操作都是 byte 的倍数。某些特殊的功能需要其他的分区

间隔。

对于基于块的命令，下面的分区被用到

块，block，这个单位是基于读写命令的。块的大小或者可以编程，或者固定。关于块的

大小和是否能被编程在 CSD 寄存器里面。

扇区，sector，擦除的命令单元。是一系列的块组成的，每个设备的 sector 大小是固定

的，可以在 CSD 寄存器中查看大小。

WP 组，一个有单独写保护的单元，它的大小是被写保护的一组，大小也是固定的，在

CSD 中查到。写保护被 1bit 控制。

n×block＝sector

n×sector＝wr group

n×sector＝protected area（copyright protection）

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