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SD3.0 中文协议
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目 录
1 简介........................................................................................................................................................7
2 系统特征................................................................................................................................................7
3 SD 记忆卡系统概念..............................................................................................................................8
3.1 读写属性...............................................................................................................................8
3.2 供电电压...............................................................................................................................8
3.3 卡容量...................................................................................................................................8
3.4 速率级别...............................................................................................................................8
3.5 总线拓扑结构.......................................................................................................................8
3.5.1 SD Bus...........................................................................................................................................9
3.5.2 SPI BUS ........................................................................................................................................9
3.6 总线协议...............................................................................................................................9
3.6.1 SD 总线.........................................................................................................................................9
3.6.2 SPI 总线 ......................................................................................................................................12
3.7 SD 记忆卡 PINS 和寄存器.................................................................................................12
3.8 ROM 卡................................................................................................................................14
3.8.1 寄存器设置要求.........................................................................................................................14
3.8.2 不支持的命令.............................................................................................................................14
3.8.3 可选命令.....................................................................................................................................14
3.8.4 WP 开关......................................................................................................................................15
3.9 超高速相 I（UHS-I）卡....................................................................................................15
3.9.1 UHS-I 操作模式 .........................................................................................................................15
3.9.2 UHS-I 卡类型 .............................................................................................................................15
3.9.3 Host 和卡组合 ............................................................................................................................16
3.9.4 总线速率模式选择时序 .............................................................................................................16
3.9.5 UHS 系统框图 ............................................................................................................................17
3.9.5.1 Host 可变采样 ................................................................................................................................... 17
3.9.5.2 Host 固定采样 ................................................................................................................................... 17
3.9.6 总线模式总结.............................................................................................................................17
4 SD 记忆卡功能描述............................................................................................................................18
4.1 概要.....................................................................................................................................18
4.2 卡识别模式.........................................................................................................................19
4.2.1 卡复位.........................................................................................................................................19
4.2.2 运行条件确认.............................................................................................................................19
4.2.3 卡初始化和鉴别过程 .................................................................................................................21
4.2.3.1 初始化命令（ACMD41）................................................................................................................ 22
4.2.4 总线信号电压切换顺序 .............................................................................................................23
4.2.4.1 UHS-i 初始化顺序 ............................................................................................................................ 23
4.2.4.2 切换信号电压的时序........................................................................................................................ 24
4.2.4.3 电压切换错误检测时序.................................................................................................................... 25
4.2.4.4 电压切换命令.................................................................................................................................... 26
4.2.4.5 调制命令 ........................................................................................................................................... 26
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4.2.4.6 UHS-I 系统块图示例 ........................................................................................................................ 28
4.3 数据传输模式.....................................................................................................................28
4.3.1 总线宽度选择/释放....................................................................................................................30
4.3.2 2 GByte 卡..................................................................................................................................30
4.3.3 数据读.........................................................................................................................................30
4.3.4 数据写.........................................................................................................................................31
4.3.5 擦除.............................................................................................................................................32
4.3.6 写保护管理.................................................................................................................................33
4.3.7 卡上锁/解锁操作........................................................................................................................33
4.3.7.1 概要 ................................................................................................................................................... 33
4.3.7.2 CMD42 的参数和效果...................................................................................................................... 35
4.3.7.3 强行擦除 ........................................................................................................................................... 36
4.3.7.4 ACMD6 和上锁/解锁状态的关系.................................................................................................... 37
4.3.7.5 上锁卡能接受的命令........................................................................................................................ 37
4.3.7.6 上锁/解锁的两种类型....................................................................................................................... 38
4.3.8 内容保护（彭宁华注：主要涉及到一些通用和商业加密等）..............................................38
4.3.9 应该规格命令.............................................................................................................................38
4.3.9.1 通用命令——Gen_CMD（CMD56） ............................................................................................. 39
4.3.10 切换功能命令.............................................................................................................................39
4.3.10.1 概要 ................................................................................................................................................... 39
4.3.10.2 Mode 0 操作——查询功能 .............................................................................................................. 40
4.3.10.3 Mode 1 操作——设置功能 .............................................................................................................. 41
4.3.10.4 切换功能状态.................................................................................................................................... 42
4.3.10.5 CMD6 数据和其他命令间关系........................................................................................................ 45
4.3.10.6 切换功能流程示例............................................................................................................................ 45
4.3.10.7 查询示例 ........................................................................................................................................... 47
4.3.10.8 设置示例 ........................................................................................................................................... 48
4.3.11 高速模式（25MB/S 接口速率）...............................................................................................48
4.3.12 命令系统.....................................................................................................................................48
4.3.13 发送接口条件命令（CMD8） ..................................................................................................49
4.3.14 命令因卡容量类型而功能性不同 .............................................................................................50
4.4 时钟控制.............................................................................................................................50
4.5 循环冗余码（CRC）.........................................................................................................51
4.6 错误条件.............................................................................................................................53
4.6.1 CRC 和非法命令 ........................................................................................................................53
4.6.2 读，写，擦除超时条件 .............................................................................................................53
4.6.2.1 读 ....................................................................................................................................................... 53
4.6.2.2 写 ....................................................................................................................................................... 53
4.6.2.3 擦除 ................................................................................................................................................... 54
4.7 命令.....................................................................................................................................54
4.7.1 命令类型.....................................................................................................................................54
4.7.2 命令格式.....................................................................................................................................54
4.7.3 命令类别.....................................................................................................................................54
4.7.4 详细的命令描述.........................................................................................................................56
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4.8 卡状态转换表.....................................................................................................................62
4.9 响应.....................................................................................................................................64
4.9.1 R1（正常响应命令） ................................................................................................................65
4.9.2 R1b ..............................................................................................................................................65
4.9.3 R2（CID，CSD 寄存器）.........................................................................................................65
4.9.4 R3（OCR 寄存器） ...................................................................................................................65
4.9.5 R6（发布 RCA 响应） ..............................................................................................................66
4.9.6 R7（卡接口条件） ....................................................................................................................66
4.10 SD 卡的两个状态信息.......................................................................................................66
4.10.1 卡状态.........................................................................................................................................66
4.10.2 SD 状态.......................................................................................................................................69
4.11 MEMORY 阵列分区.............................................................................................................73
4.12 时序.....................................................................................................................................74
4.12.1 命令和响应.................................................................................................................................75
4.12.2 数据读.........................................................................................................................................76
4.12.3 数据写.........................................................................................................................................77
4.12.4 时序值.........................................................................................................................................79
4.12.5 SDR50 和 SDR104 模式的时序变化.........................................................................................79
4.12.5.1 CRC 状态开始时序.......................................................................................................................... 79
4.12.5.2 读块间隙 ........................................................................................................................................... 80
4.12.5.3 在写操作中 CMD12 的时序修改..................................................................................................... 80
4.12.5.4 在读操作中 CDM12 的时序修改..................................................................................................... 81
4.12.5.5 时序参数值 ....................................................................................................................................... 82
4.12.6 DDR50 模式的时序变化............................................................................................................82
4.12.6.1 奇偶定义 ........................................................................................................................................... 82
4.12.6.2 协议原则 ........................................................................................................................................... 82
4.12.6.3 DDR50 的 CRC 状态 Token 规则.....................................................................................................83
4.12.6.4 DDR50 的 CRC16 ............................................................................................................................. 84
4.12.6.5 DDR50 模式的数据访问时序示例................................................................................................... 84
4.12.6.6 时钟控制 ........................................................................................................................................... 84
4.12.6.7 复位命令 ........................................................................................................................................... 84
4.13 速率等级定义.....................................................................................................................84
4.13.1 SDSC 和 SDHC 卡的速率等级规格..........................................................................................85
4.13.1.1 分配单元（AU）.............................................................................................................................. 85
4.13.1.2 记录单元（RU） .............................................................................................................................. 85
4.13.1.3 写保护 ............................................................................................................................................... 85
4.13.1.4 读性能 ............................................................................................................................................... 86
4.13.1.5 性能曲线定义.................................................................................................................................... 87
4.13.1.6 速率等级定义.................................................................................................................................... 87
4.13.1.7 在录制中给插入 FAT 升级的考虑 ...................................................................................................88
4.13.1.8 速率等级测试条件与要求................................................................................................................ 89
4.13.1.9 每个速率等级的性能参数要求........................................................................................................ 89
4.13.1.10 SD 文件系统要求 ............................................................................................................................. 89
4.13.2 SDXC 卡的速率等级规格 .........................................................................................................90
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4.13.2.1 速率等级参数.................................................................................................................................... 90
4.13.2.2 写性能 ............................................................................................................................................... 90
4.13.2.3 读性能 ............................................................................................................................................... 91
4.13.2.4 FAT 升级............................................................................................................................................ 91
4.13.2.5 CI（连续信息）升级........................................................................................................................ 91
4.13.2.6 数据类型区别.................................................................................................................................... 92
4.13.2.7 SDXC 的速率等级测试条件和要求 ................................................................................................ 92
4.13.2.8 速率控制命令（CMD20）............................................................................................................... 93
4.13.2.9 速率等级写录过程示例.................................................................................................................... 94
4.14 擦除超时计算.....................................................................................................................94
4.14.1 擦除单元.....................................................................................................................................94
4.14.2 擦除时间特征的场景分析 .........................................................................................................95
4.14.3 擦除大区域的方法 .....................................................................................................................96
4.14.4 擦除超时值用参数寄存器来计算 .............................................................................................96
4.14.5 设置块数命令.............................................................................................................................96
5 卡的寄存器..........................................................................................................................................97
5.1 OCR 寄存器 .......................................................................................................................97
5.2 CID 寄存器.........................................................................................................................98
5.3 CSD 寄存器........................................................................................................................99
5.3.1 CSD_Structure.............................................................................................................................99
5.3.2 CSD 寄存器（CSD Version 1.0） ...........................................................................................100
5.3.3 CSD 寄存器（CSD 版本 2.0）...............................................................................................106
5.4 RCA 寄存器 .....................................................................................................................108
5.5 DSR 寄存器（可选）......................................................................................................108
5.6 SCR 寄存器 ......................................................................................................................108
6 SD 卡硬件接口.................................................................................................................................. 111
6.1 热插拔...............................................................................................................................112
6.2 卡检测（插入/拔出）......................................................................................................112
6.3 电源保护（插入/拔出）..................................................................................................112
6.4 供电方案...........................................................................................................................113
6.4.1 上电...........................................................................................................................................113
6.4.1.1 上电时间 ......................................................................................................................................... 114
6.4.1.2 上电或者供电 Cycle ....................................................................................................................... 114
6.4.1.3 供电 Ramp Up................................................................................................................................. 114
6.4.2 下电和供电 Cycle.....................................................................................................................115
6.5 可编程卡输出驱动（可选的）.......................................................................................115
6.6 3.3V 信号的总线操作条件..............................................................................................116
6.6.1 高电压范围的电平阈值 ...........................................................................................................116
6.6.2 峰值电压和漏电流 ...................................................................................................................117
6.6.3 电流消耗...................................................................................................................................117
6.6.4 总线信号线负载.......................................................................................................................117
6.6.5 总线信号电平级别 ...................................................................................................................118
6.6.6 总线时序（默认） ...................................................................................................................118
