SD卡读写规范(SD卡资料).pdf-资料库

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SDSDSDSD 操作学习笔记操作学习笔记操作学习笔记操作学习笔记标签: 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允许的块大小是实际大小等信息存储允许的块大小是实际大小等信息存储允许的块大小是实际大小等信息存储在在在在 CSD 寄存器寄存器寄存器寄存器。。。。 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址，在地址范围内的所有 sector 将被擦除。 3.9 写保护两种写保护方式可供选择，永久保护和临时保护，两种方式都可以通过 PROGRAM_CSD 指令进行设置。永久保护位一旦设置将无法清除。 3.10 拷贝位通过 CSD 寄存器中的拷贝位（copy bit）设置 SD 卡中的数据是原始数据还是拷贝数据。拷贝位一旦设置，将无法清除，在测试和格式化时使用。 3.11 CSD 寄存器所有 SD 卡的配置信息存储在 CSD 寄存器。通过 SEND_CSD 读取，PROGRAM_CSD 修改。 4 SPI 模式二、 SD 卡接口描述 1 引脚和寄存器

主机通过 9 个引脚和 SD 卡相连 1.1 SD 模式引脚扩展数据线(DAT1-DAT3)上电后为输入，SET_BUS_WIDTH 命令执行后作为数据线。即使只有 DAT0 使用，所有数据线都和外部上拉电阻连接，否则 DAT1 & DAT2（如果未被使用）的振荡输入将引起非期望的高电流损耗。上电后，数据线输入 50K(+/-20K)欧姆的上拉（用来进行卡侦测和 SPI 模式选择）。用户可以在常规数据传输时，通过 SET_CLR_CARD_DETECT (ACMD42) 命令分离上拉。 1.2 SPI 模式引脚 1.3 寄存器宽度名称 CID 128 16 RCA 128 64 32 CSD SCR OCR 描述卡标识号相对卡地址（Relative card address）:本地系统中卡的地址，动态变化，在主机初始化的时候确定 *SPI 模式中没有卡描述数据:卡操作条件相关的信息数据 SD 配置寄存器:SD 卡特定信息数据操作条件寄存器主机通过重新上电来重置（reset）卡。卡有它自身检测上电的电路，当上电后卡状态切换到 idle 状态。也可以通过 GO_IDLE (CMD0)指令来重置。 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。表表表表 3-8 OCR 寄存器定义寄存器定义寄存器定义寄存器定义 OCR 位 VDD 电压范围

0-3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24-30 31 保留 1.6~1.7 1.7~1.8 1.8~1.9 1.9~2.0 2.0~2.1 2.1~2.2 2.2~2.3 2.3~2.4 2.4~2.5 2.5~2.6 2.6~2.7 2.7~1.8 2.8~2.9 2.9~3.0 3.0~3.1 3.1~3.2 3.2~3.3 3.3~3.4 3.4~3.5 3.5~3.6 保留卡上电状态位(忙) OCR 结构如下图所示。如果第 32 位（busy bit）置位，表明卡上电过程已结束。 5.2 CID(Card Identification) CID 寄存器长度为 16 个字节的卡唯一标识号，该号在卡生产厂家编程后无法修改。SD 和 MMC 卡的 CID 寄存器结构不一样。

名称类型宽 CID 位内容 CID 值度厂商 ID Binar 8 [127:12 SD 卡协会管理和分配 0x03 y 0] OEM/Applicati ASCI 1 [119:10 识别卡的 OEM 或卡内容， 0x53,0x44 on ID(OID) I 6 4] 由制造商分配产品名（PNM） ASCI 4 [103:64] 5 个 ASCII 字符 SD128 I 0 产品版本 BCD 8 [65:56] 2 个二进制编码的十进制数产品版本（PRV）序列号(PSN) Binar 3 [55:24] 32 位无符号整数 CRC7 校验和 Binar 7 [7:1] (CRC) y CRC Calculation: G(x)=x7+3+1 M(x)=(MID-MSB)*x119+...+(CIN-LS B)*x0 CRC[6...0]=Remainder[(M(x)*x7)/G(x) ] 未用 1 [0:0] 1、格式为“n.m”，如“6.2”表示为 0110 0010 5.3 CSD(Card Specific Data) CSD 寄存器包含访问卡数据所需的配置信息。SD 卡和 MMC 卡的 CSD 不同。 6 数据交互格式和卡容量通常，SD 卡分为 2 个区：用户区—用户通过读写命令存储安全和非安全数据。 y 2 4 [23:20] 保留生成日期 (MDT) 2 BCD 1 [19:8] yym（从 2000 年的偏移量）如:Apr （30）1 产品序列号 2001=0x0 14 CRC7

安全保护区（Security Protected Area）—版权保护应用程序用来保存安全相关数据，通过 SD 安全规范中定义的条件验证后，由主机使用安全的读写指令完成操作。安全保护区的大小大概是总大小的 1%。三、 SD 卡协议 1 SD 总线协议 SD 总线通信是基于命令和数据位流方式的，由一个起始位开始，以一个停止位结束：命令——命令是开始开始操作的标记。命令从主机发送一个卡（寻址命令）或所有连接的卡（广播命令）。命令在 CMD 线上串行传送。响应——响应是从寻址卡或所有连接的卡（同步）发送给主机用来响应接受到的命令的标记。命令在 CMD 线上串行传送。数据——数据可以通过数据线在卡和主机间双向传送。卡寻址通过会话地址方式实现，地址在初始化的时候分配给卡。SD 总线上的基本操作是 command/response。数据传送采用块方式，数据块后接 CRC 校验位，操作包括单数据块和多数据块。多数据块更适合快速写操作，多数据块传输当在 CMD 线出现停止命令时结束。数据传输可以在主机端设置采用单数据线或多数据线方式。块写操作在 DAT0 数据线写操作期间使用忙信号，无论用来传输的信号线数目是多少。命令格式如下所示：响应标记（token）根据内容不同具有四种格式，标记长度。长度为 48 位或 136 位。数据块的 CRC 算法采用 16 位的 CCITT 多项式。在命令行中，MSB 位首先传送，LSB 位最后传送。当使用宽总线模式时，数据同时在 4 根数据线上传输。开始位、结束位和 CRC 在每根数据线上传送。CRC 对每根数据线单独计算。CRC 状态响应和 Busy 信号只通过 DAT0 由卡发送给主机。

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