### SD SPI模式详解
#### 一、引言
在存储技术领域中，SD卡作为一种广泛使用的存储介质，在各种电子设备中扮演着重要角色。SD卡不仅支持传统的SD模式，还支持SPI模式，这一模式简化了硬件设计并降低了成本。本文旨在深入探讨SD卡的SPI模式及其相关知识点。
#### 二、SPI模式简介
SPI（Serial Peripheral Interface）模式是SD卡协议的一个子集，用于通过SPI总线实现与SD卡的通信。这一模式相比于标准的SD模式，具有较低的成本和更简单的电路设计要求，但也伴随着性能上的牺牲。SPI模式的优势在于能够利用现成的SPI控制器，减少了对外设的需求，使得设计更加灵活。
#### 三、SPI总线特点
1. **字节定向：** SPI总线采用字节定向的方式进行数据传输，即每次传输的数据单位为8位字节。
2. **指令与数据传输：** 在SPI模式下，主机与SD卡之间的通信遵循固定的格式，包括指令、响应和数据等部分。指令和数据块由8位的字节和CS标志构成。
3. **响应特性：**
- 被选中的卡始终对指令作出反应。
- 每个指令后都会有一个附加的8位响应。
- 当SD卡遇到数据检索问题时，会发送错误响应而非执行空操作。
#### 四、模式选择
SD卡在上电后默认进入SD模式。若在接收复位指令（CMD0）期间CS标志为低，则SD卡会自动切换至SPI模式。一旦进入SPI模式，除非重新上电，否则无法返回到SD模式。这意味着SPI模式的选择是一次性的，并且在上电时确定。
#### 五、总线传送保护
SPI模式下的数据传输受到CRC（循环冗余校验）的保护。为了简化硬件设计，SPI模式提供了非保护模式，该模式下主机和SD卡忽略CRC校验过程，从而简化了硬件和固件的设计复杂度。然而，即使在非保护模式下，指令的CRC响应仍然是必需的。
#### 六、数据读取
SPI模式支持单块读取和多块读取操作（CMD17或CMD18）。当发出合法读取命令时，SD卡会在预设的数据块长度后返回响应标志。每个数据块后都会跟随一个16位的CRC标记，以确保数据完整性。此外，SPI模式还支持部分块读取，即读取的数据块长度可以在1和最大块长度之间自由调整。
#### 七、数据写入
在SPI模式下，SD卡同样支持整块和多个块的写入操作（CMD24或CMD25）。主机发送合法写入命令后，SD卡会响应一个响应标志并等待来自主机的数据块。每个数据块都有一个“开始块”标志，用于指示数据块的开始。写入操作完成后，SD卡会发送一个确认标志，表示数据已经被成功接收并写入。
#### 八、结论
SPI模式为SD卡提供了一种更为简单且低成本的通信方式，适用于那些对外设数量有限制的应用场景。尽管其在性能上有一定的局限性，但在许多实际应用中仍具有较高的实用价值。对于设计师来说，了解SPI模式的工作原理以及其实现细节是非常重要的，这有助于更好地利用这一模式的优势，同时避免可能存在的问题。
