SD

SD卡（secure digital card）是SD卡協會開發的低成本，非易失性存儲卡格式（相比較于RAM，SD卡掉電數據不丟失）；

隨著本世紀電子技術的高速發展，對于這種中等型號，節能、節省空間的存儲器設備的需求一直在快速增長；

SD卡具有SDHC的速度等級，范圍；2級（以2 MB / s的速度運行）；4級（以4MB / s的速度運行）；6級（以最高6 MB / s的速度運行）；10級（以最高的速度運行） 10 MB /秒；

SDXC卡以超高速運行，并以最高30 Mb/s的速度運行；還有視頻速度等級，數據傳輸速率高達90MB/s。

SD卡速度級別

SD卡還具有不同的尺寸或形狀因子，包括standard SD卡, mini SD卡 and micro SD卡；

卡尺寸分類

SD卡可以是通常具有高達4 GB的存儲容量的標準SD卡，也可以是高達64 GB的高容量卡（SDHC）以及達到TB級的擴展容量（SDXC）。

卡容量

接口

SD卡可以在SD總線模式或SPI總線模式下運行，通常可以使用SDIO總線或者SPI對SD進行驅動；

下面主要以micro SD為例，就SDIO模式和SPI模式做簡單做一下介紹；

microSD引腳輸出，SD模式

microSD引腳輸出，SPI模式

協議

SD協議中，由于命令數據線和數據線是分開的，因此我們需要關注，命令的傳輸格式，以及數據的傳輸格式；

命令傳輸

命令以48位數據包的形式通過雙向CMD引腳進行傳輸。

這些命令包包括命令索引，變量和CRC位。該命令始終通過主機發送，最終由SD卡接收。

回傳的響應數據包也為48位。

整體命令如下圖所示；

48位的命令格式

每個命令的恒定長度為6個字節。第一個字節是命令編號和數字64的 加法。例如：對于CMD0：命令編號0 + 64 = 64 = 0x40（十六進制）。

對于CMD1：十六進制命令號1 + 64 = 65 = 0x41。

隨后是一組四個字節，稱為參數。

這些參數通常包含數據的地址或塊的長度。

最后一個字節是CRC（循環冗余校驗）字節。

如果未啟用CRC功能，則大多數SPI模式下的命令都不需要校驗字節。

對于某些命令，例如CMD0，CRC為0x95，在大多數情況下，發送的是0xFF。

啟用CRC要求您從微控制器發送正確的校驗字節。因此，請確保啟用或禁用了CRC功能。

發送命令的格式如下所示；

幀格式

R1響應0x01表示在響應之前發送的命令已導致卡進入空閑狀態。響應字節0x00表示命令已被接受，SD卡將等待后續的事件發生。如果設置了R1響應中的任何其他位，則是錯誤的結果，并且將降低到圖中每個R1響應位中提到的因數。

不同類型的響應及其含義如下所示；

響應

數據傳輸

在數據傳輸期間，傳輸的基本單位稱為塊，通常為512字節，并通過所有4個數據引腳進行傳輸。同樣，在每次塊傳輸之后，將發送16位CRC數據。

請注意，SD卡在狀態下運行。每個狀態都有不同的命令集，主機可以通過控件更改狀態。

命令和數據信號通過時鐘信號同步。最初，主機使用400KHz時鐘與卡進行通信，但最終它會在傳輸過程中最大提高時鐘速度，效率。

因為在初始化之前，主機不知道它是SD卡還是MMC卡。

默認情況下，MMC卡在初始化期間默認工作在漏極開路模式（100-400KHz），而SD卡工作在推挽模式（0-25Mhz）。

因此，最初，主機使用400KHz來保持與漏極開路和推挽模式的兼容性。

硬件設計

SDIO

這是從SD/MMC外設到SD卡插槽的4 Bit連接的示例。

使用Data[3..0]，CLK和CMD信號。

SD卡插槽暴露在外部環境中。即使未與任何其他設備連接，它也可能會受到人體中積累的靜電電荷的影響，而當手指觸摸該靜電時，靜電會釋放到屏蔽中。

為了符合EMC規范，必須進行一些常規預防措施，以過濾和避免傳導輻射。此外，SD卡規范還規定了上拉電阻和串聯阻抗匹配電阻。

幸運的是，當SD在移動設備中如此普遍地傳播時，已經有集成方案，它可以一次實現所有這些功能。

CM1624是EMI濾波器和線路終端設備的組合，帶有集成的TVS二極管，可用于T-Flash / MicroSD接口。

SPI

下面在SPI模式下使用的SD卡的示例，根據SD Association的規范連接了MISO，MOSI，CLK和CS信號。

我們只需要在時鐘線上應用濾波器以在非常惡劣的環境中改善EMC。

在SDIO模式或者SPI模式下，磁道都以高數據速率傳輸數據和時鐘信號。

為了避免信號出現毛刺，必須考慮信號傳播時間，以確保所有數據在時鐘觸發讀取或寫入的操作之前，接口處穩定。

所有數據信號的路徑長度必須在十分之幾毫米的長度內匹配，并且時鐘長度必須長約1毫米。

為避免串擾，這些走線必須在其周圍和下方保持良好的接地平面，并且還應通過足夠數量的通孔連接各層。

總結

本文簡單介紹了SD卡的分類以及常見屬性，另外還簡單介紹了SD卡的協議，在硬件設計上給出了SPI總線和SDIO總線的示例電路，篇幅有限，軟件部分暫時沒有進行展開介紹；

審核編輯：黃飛