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SD 操作学习笔记

标签: 笔记学习 SD

卡驱动 2009-11-11 21:51

SD 卡操作一、概述 1、简介

SD 卡是基于 flash 的存储卡。

SD 卡和 MMC 卡的区别在于初始化过程不同。

SD 卡的通信协议包括 SD 和 SPI 两类。

SD 卡使用卡内智能控制模块进行 FLASH 操作控制，包括协议、安全算法、

数据存取、ECC 算法、缺陷处理和分析、电源管理、时钟管理。

2、功能介绍 2.1 特点

1) 主机无关的 FLASH 内存擦除和编程

读或写数据，主机只要发送一个带地址的命令，然后等待命令完成，主机

无需关心具体操作的完成。当采用新型的 FLASH 时，主机代码无需更新。

2) 缺陷管理

3) 错误恢复

4) 电源管理

Flash 每个扇区有大约 10 万次的写寿命，读没有限制。

擦除操作可以加速写操作，因为在写之前会进行擦除。

3 SD 总线模式 3.1 Negotiating Operation Conditions

当主机定义了 SD 卡不支持的电压范围时，SD 卡将处于非活动状态，将忽

略所有的总线传输。要退出非活动状态唯一的方法就是重新上电。

3.2 SD 卡获取和识别

SD 卡总线采用的是单主多从结构，总线上所有卡共用时钟和电源线。主机

依次分别访问每个卡，每个卡的 CID 寄存器中已预编程了一个唯一的卡标识号，

用来区分不同的卡。

主机通过 READ_CID 命令读取 CID 寄存器。CID 寄存器在 SD 卡生产过程

中的测试和格式化时被编程，主机只能读取该号。

DAT3 线上内置的上拉电阻用来侦测卡。在数据传输时电阻断开 (使用

ACMD42)。

3.3 卡状态

卡状态分别存放在下面两个区域：

卡状态（Card Status），存放在一个 32 位状态寄存器，在卡响应主机命令

时作为数据传送给主机。

SD 状态（SD_Status），当主机使用 SD_STATUS（ACMD13）命令时，

512 位以一个数据块的方式发送给主机。 SD_STATUS 还包括了和

BUS_WIDTH、安全相关位和扩展位等的扩展状态位。

3.4 内存组织

数据读写的基本单元是一个字节，可以按要求组织成不同的块。

Block:块大小可以固定，也可以改变，允许的块大小是实际大小等信息存

储在 CSD 寄存器。

Sector: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。

WP Group: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

Single Block Mode: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 (512 bytes)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。

Multiple Block Mode: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 25 Mbit/s，四根数据线最大传输速率为

100 Mbit/s。

3.7 数据保护

每个 sector 的数据通过 Error Correction Code (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

2 SD 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 push pull 模式工作。

 DAT0-3——数据线是双向信号线。主机和卡通过 push pull 模式工作。

 CLK——时钟是从主机到卡的信号。CLK 通过 push pull 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

（physical slot）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。

3 SPI 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 5.1 OCR(Operating Conditions Register)

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 3-8 OCR 寄存器定义

OCR 位 VDD 电压范围

0-3

保留

4 1.6~1.7

5 1.7~1.8

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内容反馈

L545045612

2012-08-08

入门的好东西，少走了好多弯路
赖转弯

2012-05-02

不错，是排版有点乱，要是再整理一下，改改错别字就很好了
dhz_hope

2011-11-29

不错，内容很详细，就是排版有点乱。谢谢了！

wenny198561

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