SD协议及其实现

#硬件规格

1、存储容量

• 标准容量SD 卡：最高达到2GB
• 大容量SD存储卡（SDHC）： 大于2GB、不大于32GB
• 超大容量SD存储卡（SDXC）：大于32GB、不大于2TB

2、电压范围

• 高电压SD 卡-工作电压范围：2.7 -3.6V
• 双电压SD 卡-工作电压范围：低电范围(T.B.D) 和2.7-3.6V

3、SD 卡形状

• 标准尺寸的SD 卡
• Mini SD 卡
• Micro SD 卡

4、读写属性

• 读写卡(闪存，一次可编程-OTP，多次可编程-MTP)
• 只读卡(ROM)

5、速度等级

• Class 0 – 这种卡不定义具体性能，代表了这个规范出来之前的所有卡
• Class 2 – 最小2MB/s 的性能
• Class 4 – 最小4MB/s 的性能
• Class 6 – 最小6MB/s 的性能
• Class 8 – 最小8MB/s 的性能
• Class 10 – 最小10MB/s 的性能

6、总线拓扑

• SD 总线
  
  建议每个SD卡使用单独的SD总线
  CLK： 时钟信号
  CMD： 双向命令/响应信号
  DAT0-DAT3： 双向数据信号
  Vdd，Vss1，Vss2： 电源和地信号
  SD 总线允许数据线的动态配置。上电后SD卡默认使用DAT0 来传输数据。初始化之后，主机可以改变总线宽度(使用的数据线数目)。
  注意：当DAT1-DAT3 没有使用的时候，相关的主机DAT 先应该被设置为输入模式。SDIO卡DAT1 和DAT2 用于信令。
• SPI 总线
  
  CS： 主机到卡的片选(chip select)信号
  CLK： 主机到卡的时钟信号
  DataIn： 主机到卡的数据信号
  DataOut： 卡到主机的数据信号
  SPI 接口使用SD 总线的9 线里面的7 根(DAT1 和DAT2 不用，DAT3 作为CS 信号)

7、引脚功能

• 9pin引脚（SPI只用7pin）
• 
  ● ① 类型解释：S-电源；I–输入；O–输出(使用推挽式单元？)；PP-I/O(推挽式)
  ● ② 扩展数据线(DAT1-DAT3)上电之后是输入。在SET_BUS_WIDTH 命令之后作为数据线。当然不用的话，主机会让他们保持输入状态。
  ● ③上电时，这条线在卡中有一个50KOhm 的上拉。这个电阻有两个作用：卡检测和模式选择。作为模式选择，主机可以拉高或让别人拉高这个脚来选择SD 模式。如果主机想选择SPI 模式，应该把管脚拉低；作为卡检测，当管脚被拉高时，认为卡插入了。这条线的上拉在数据传输期间应该由用户通过命令SET_CLR_CARD_DETECT(ACMD42)命令来断开。
  ● ④DAT1 脚在SDIO 模式下，一旦没有数据传输，可能被用于输出中断(从卡到主机)
  ● ⑤DAT2 脚在SDIO 模式下，可能被用于“读等待信号”[见SDIO Card Specification]

8、传输方向

• MSB在前，LSB在后

##SD卡硬件接口
SD 卡有6 条交互线以及3 条供电线

• CMD ：命令线，主机和卡都可以驱动它
• DAT0-3 ：数据线，主机和卡都可以驱动
• CLK ：时钟线，主机发送到卡的
• Vdd ：供电线
• Vss1，Vss2 ：两条地线

写保护和卡检测切换。不是强制的，如果有，应该像下图这么连接。当DAT3 作为卡检测功能时，DAT3 的Rdat 就不应该连接，而另一个电阻也应该接地。

Rdat 和Rcmd 是上拉电阻，保护CMD 和DAT 线，以免受到总线浮动影响，当没有卡插入，或者所有卡驱动都处于高阻抗模式。
主机应该通过Rdat 上拉DAT0-3 线，即使主机使用1bit 传输模式。同样，在SPI 模式，主机也应该上拉所有“RSV”线，即使没有使用。Rwp 用于写保护，卡检测切换

每个卡都有一组信息寄存器(第五章也有描述)：
名字宽度描述
CID 128 卡识别号；用来识别的卡的个体号码(见5.2)。【强制的】
RCA 16 相对地址；卡的本地系统地址，初始化时，动态地由卡建议，主机核
准，SPI 模式不使用(见5.4)。【强制的】
DSR 16 驱动级寄存器；配置卡的输出驱动(见5.5)。【可选的】
CSD 128 卡的具体数据；卡的操作条件信息(见5.3)。【强制的】
SCR 64 SD 配置寄存器；SD 卡的特殊能力信息(见5.6)。【强制的】
OCR 32 操作条件寄存器(见5.1)。【强制的】
SSR 512 SD 状态；卡专有特征的信息(见4.10.2)。【强制的】
CSR 32 卡状态；卡状态信息(见4.10.1)。【强制的】

主机可以通过切换电源开关来实现卡的复位。但是每个卡都有自己的电源检测电路，用来在上电后将卡设置到一个预置状态，所以重启电源并不是必须的，通过发送GO_IDLE(CMD0)
同样可以让卡复位

###热插拔

###卡检测(插入/拔出)

###电源保护(插入/拔出)

##SD总线协议

• 命令(Command)：命令就是一个标记，用于发起一个操作。由主机发送到单个卡(寻址命令)或者所有卡(广播命令)。命令在CMD 线上是连续传输的。
• 响应(Response)：响应是一个标记，从寻址的卡或者所有卡(同步)发送给主机，作为向
  前接收到的命令的回答。响应也是在CMD 线上连续传输的。
• 数据(Data)：数据可以从主机到卡，也可以从卡到主机。通过数据线传输。
  

响应标记以内容分，有4 种编码方式。编码的长度可以是48Bit 或者136bit。数据块的CRC 保护算法是一个16bit 的CCITT 多项式。
● R1 response：方向位[1Bit]+命令[8Bit]+状态信息[32Bit]+CRC[7Bit] = [48Bit]
● R2 response：方向位+命令+CID/CSD 寄存器+CRC = [136Bit]
● R3 response：方向位+命令+OCR 寄存器+CRC 校验= [48Bit]
● R6 response：方向位+命令+RCA 寄存器+CRC 校验= [48Bit]

SD 卡有两种数据包格式。
● (1)常规数据(8bit 宽)：常规数据发送是先低字节，再高字节的顺序，但是每个字节则
是先高位后低位。
● (2)宽位数据(SD 存储寄存器)：宽位数据从高位开始传输。(不按字节传输)

##SD 卡功能描述

• 三种模式：卡识别模式、数据传输模式、空闲模式

来源：CSDN

作者：大头BB

链接：https://blog.csdn.net/hushiganghu/article/details/55099103