SD卡中文资料(第五章)

### SD卡中文资料第五章：SPI总线协议详解 #### 一、引言 本章节主要介绍了SanDisk Secure Digital Card（SD卡）在SPI（Serial Peripheral Interface）模式下的总线协议，这部分内容对于理解SD卡如何与主机进行通信至关重要。SPI是一种同步串行接口，用于在微控制器和外围设备之间快速传输数据。该章节详细阐述了SPI总线的基本原理、工作模式、数据传输过程等关键知识点，并提供了相关的时序图和电气接口规范，以便于硬件工程师在设计时能够准确地实现与SD卡的通信。 #### 二、SPI总线协议概述 ##### 2.1 模式选择 SD卡支持两种主要的工作模式：SPI模式和SDIO模式。SPI模式下，SD卡通过简单的三线或四线SPI接口与主机通信，这种模式适用于不需要高速数据传输的应用场景。模式选择通常通过主机发送特定命令来完成，如`CMD55`+`ACMD41`组合命令可以将SD卡切换到SPI模式。 ##### 2.2 总线传送保护 为了确保数据的完整性和通信的安全性，SPI总线协议中定义了一系列保护机制，例如数据传输过程中使用CRC校验码来检测错误。CRC校验码通常是在数据传输前后添加的，由主机和SD卡共同计算，以确保数据的一致性。 ##### 2.3 数据读取 数据读取是SD卡最基本的操作之一。在SPI模式下，数据读取遵循一定的步骤： 1. **发送读取命令**：主机发送读取命令（如`CMD17`），指定要读取的起始地址。 2. **等待确认**：主机等待SD卡返回确认信号，通常为`R1`类型响应。 3. **接收数据块**：确认信号之后，SD卡开始传输数据块，每个数据块后面都跟随CRC校验码。 4. **结束读取**：所有数据块传输完成后，主机发送停止传输命令（如`CMD12`）。 ##### 2.4 数据写入 数据写入的过程与读取类似，但方向相反： 1. **发送写入命令**：主机发送写入命令（如`CMD24`），指定要写入的起始地址。 2. **等待确认**：主机等待SD卡返回确认信号。 3. **发送数据块**：主机开始发送数据块，每个数据块后面都跟随CRC校验码。 4. **结束写入**：所有数据块传输完成后，主机发送停止传输命令。 ##### 2.5 擦除和写保护处理 SD卡支持扇区级别的擦除操作，通常需要先将SD卡设置为写保护状态。擦除命令（如`CMD38`）会清除指定区域的数据。此外，SD卡还可以设置为只读模式，防止数据被意外擦除或修改。 ##### 2.6 读取CID/CSD寄存器 CID（Card Identification）寄存器包含有关SD卡制造商的信息，而CSD（Card-Specific Data）寄存器则包含有关SD卡容量、性能参数等信息。这些寄存器可以通过读取命令（如`CMD2`）访问。 ##### 2.7 复位顺序 当SD卡上电后，需要进行初始化复位操作。这一过程通常包括以下步骤： 1. **上电**：提供电源电压。 2. **复位**：通过复位信号使SD卡进入空闲状态。 3. **配置**：主机发送命令配置SD卡的工作模式。 4. **初始化**：执行初始化命令（如`CMD1`），确保SD卡处于正确的初始化状态。 ##### 2.8 时钟控制 SPI总线协议规定了时钟信号的频率范围，主机必须确保时钟信号满足SD卡的要求。此外，时钟信号还决定了数据传输速率。 ##### 2.9 错误条件 SPI总线协议定义了多种可能发生的错误条件，包括CRC校验失败、无效命令、超时等。这些错误需要通过适当的错误处理机制来解决，以确保数据传输的可靠性和完整性。 #### 三、SPI命令设置 ##### 3.1 命令格式 SPI命令通常采用固定格式，包括命令码、参数、CRC校验码等部分。命令码用于指示要执行的具体操作，参数用于传递额外信息。 ##### 3.2 命令类 根据功能不同，SPI命令可以分为几大类，每类命令都有其特定的用途。例如，读取命令用于从SD卡读取数据，写入命令用于向SD卡写入数据。 ##### 3.3 应答 SD卡接收到命令后会返回相应的应答信号，以确认命令是否成功执行。应答类型包括R1、R1b、R2、R3等，不同的应答类型表示不同的状态。 ##### 3.4 数据标记 数据传输过程中，会在数据块前后添加特定的标记，以标识数据的开始和结束。这些标记对于正确解析数据至关重要。 #### 四、SPI总线时序图解 本章节还提供了SPI总线操作的时序图示例，帮助理解命令发送、数据传输等过程中的时间关系。 #### 五、SPI电气接口 SPI总线协议还详细规定了电气接口的规范，包括信号电平、最大传输距离等参数。 #### 六、SPI总线操作条件 除了电气接口之外，SPI总线协议还定义了操作环境条件，如温度范围、湿度等，这些条件对SD卡的正常工作非常重要。 #### 七、总结 通过对SD卡SPI总线协议的深入分析，我们不仅了解了SPI总线的基本原理和操作流程，还掌握了如何实现与SD卡的有效通信。这对于开发基于SD卡的应用程序和技术方案具有重要的指导意义。